水稻灭茬机扶茬机构设计与试验

【目的】解决水稻灭茬机作业时,驱动轮容易将高留茬压倒,引起轮辙处倒茬多,导致水稻秸秆粉碎效果不理想的问题。【方法】研发了一种具有扶禾功能的水稻灭茬机,利用固接于扶茬轮轴上的"L"型扶指,采用扶茬轮轴和粉碎轮轴双侧带轮分流传动方式,实现前置扶茬系统与后置粉碎系统配合作业,使水稻秸秆倒伏的留茬被扶起后立即喂入粉碎室。采用正交设计试验验证灭茬机的田间性能。【结果】水稻灭茬机的前进速度、扶辊转速和扶指宽度均对水稻秸秆粉碎率有显著影响。田间试验的结果表明,机具工作参数的最佳组合为前进速度5.38 km·h~(–1)、扶辊转速160 r·min~(–1)和扶指宽度50 mm,该组合的水稻秸秆粉碎效果最好,粉碎率达到92.52%。【结论】该扶茬机结构简单,对水稻秸秆的扶茬粉碎效果好,在实际生产中能够提升高留茬稻秆的粉碎效率。     

滚刀式秸秆粉碎装置的设计及试验研究

【目的】研制一种混合型栅格导入滚刀式秸秆粉碎装置,以解决现有完全无支撑切割机具动力消耗大、扬尘大、机手工作环境差等突出问题,有利于秸秆还田或下游产业的发展。【方法】对机具关键工作部件的结构及参数设计进行理论分析,通过对影响机具作业质量的主要因素进行正交试验分析,得出较优的工作参数,以此参数设计的机型经田间测试,验证设计的合理性。【结果】经田间测试,当机具前进速度为5 km/h,滚刀转速1 100 r/min,滚刀倾斜角30°,秸秆粉碎长度合格率93%,留茬高度103 mm,完全满足设计需求。【结论】该种机型的研制对促进棉花秸秆合理有效利用,以及我国可再生能源产业发展起到一定的作用,但对于其他秸秆作物还有待进一步的研究。     

玉米秸秆垄沟条带混埋还田机的设计与试验

为了满足东北地区旱地合理耕层构建技术的要求,改善土壤耕层结构,实现秸秆混埋还田,研制了一种玉米秸秆条带混埋还田机。该机具主要由限深破茬装置、弹齿清垄装置、深松装置、混拌装置、镇压装置等组成,可以同时在三个垄沟内将地表上的秸秆混埋于15～20cm深度的土壤中,同时完成清垄、深松、镇压等多项作业,适合东北棕壤土区旱地合理耕层的构建技术要求。通过对弹齿清垄装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度范围在1.1～1.6m·s~(-1)时,弹齿清垄器的弹齿端部的绝对速度为1.73～2.51m·s~(-1),弹齿的拨草范围角为46°。通过对混拌装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度为1.38m·s~(-1)时,混拌刀切土节距为4.6cm,单条混拌幅宽为350mm,混拌刀辊的转速为300r·min~(-1)。并根据切土节距和混拌耕深设计了一种C型混拌刀,通过分析计算得到了C型混拌刀的各项参数以及侧切刃的阿基米德螺线方程。利用二维软件CAXA和三维软件Solidworks对混拌刀进行参数设计和实体模型的建立,同时利用ANSYS Workbench对所设计的混拌刀进行静力学分析来验证混拌刀结构的合理性。通过Design-expert软件对田间试验数据分析得出各因素对田间秸秆混埋率的影响主次顺序为:混拌深度秸秆覆盖量机具前进速度。最佳试验条件:在机具前进速度为1.25m·s~(-1),混拌深度为17.5cm,田间秸秆覆盖量为0.93kg·m~(-2)的条件下,秸秆混拌率为94.6%。该试验结果验证了机具作业性能达到了设计要求,为条带秸秆还田机的改进设计提供理论和实践参考。     

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

弹齿链耙式残膜回收机链耙装置的设计与试验

为深入研究弹齿链耙式残膜回收机链耙装置作业过程中不同工作参数对机具运行和作业质量的影响，利用EDEM 2019.1软件建立弹齿与土壤相互作用的三维离散元模型，模拟弹齿收膜过程中所受作用力的变化情况，验证此工况下作业的可靠性，发现其不会因塑性变形而失效，弹齿能够顺利作业。用Python 3软件绘制不同速比下的弹齿尖运动轨迹，发现运动轨迹为摆线。采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法，建立链耙角速度、机具行驶速度、弹齿入土深度与残膜捡拾率和含杂率之间的数学模型，寻求残膜回收机的最优作业参数组合，并进行田间验证试验。结果表明，优化的作业参数为链耙角速度14.73 rad·s^-1,机具行驶速度9.7 km·h^-1,弹齿入土深度74.75 mm。在此条件下开展田间验证试验，残膜捡拾率为92.8%,含杂率为63.6%,可满足残膜回收机的作业要求。     

4KM-1800牵引式棉秸秆收获打捆机关键参数设计及试验研究

【目的】为了棉花秸秆能得到合理有效的利用,研制回收率高,一次作业就可以完成棉秸秆收获及打捆机具。【方法】研究借鉴目前所采用的牧草打捆机理,对机具关键工作部件的结构及参数设计进行理论分析计算,通过正交试验初步确定牵引式棉秸秆收获打捆机的结构及其关键部件的形状和尺寸参数。【结果】机具工作速度≥2 km/h,秸秆回收率≥95%,工作幅宽1 400～1 800 mm;生产率8～10捆/h;作业可靠性≥90%。【结论】该种机型的研制有效解决了棉秆收获打捆的技术难题,直接提升棉秆资源利用水平,降低棉秸秆的回收成本,减少农田作业次数,能合理有效地将棉花秸秆开发利用成可再生能源,有利于棉秸秆打捆技术的推广。     

秸秆还田机螺旋横刀优化设计与试验

【目的】针对秸秆还田机刀辊中螺旋横刀因切削阻力大、耕深不足影响秸秆掩埋效果的问题,开展螺旋横刀优化研究,实现秸秆旋埋作业功能。【方法】建立螺旋横刀作业过程的参数化模型,分析动态参数的变化规律,确定决定影响耕整性能的主要因素及取值范围。通过土槽试验,开展对螺旋横刀结构参数的二次曲面拟合分析和作业参数的三元二次回归分析。【结果】螺旋横刀结构参数最优组合为刀具宽度35 mm,前角50°;作业参数最优组合为前进速度0.72 m·s^-1,旋耕转速320 r·min^-1及作业深度174 mm。基于最优作业参数对结构优化前后的螺旋横刀进行田间对比试验,结果表明,在不降低秸秆埋覆效果的情况下功耗降低10.05%。该螺旋横刀主要依靠压埋的方式进行秸秆埋覆,当秸秆高度达到84.5 cm时,秸秆埋覆率为83.67%,适合高留茬柔性秸秆还田。【结论】解决了螺旋横刀现存问题,扩大了应用范围,为高留茬柔性秸秆地的耕整提供优质装备。     

棉秆粉碎与搂膜联合作业机关键部件设计与试验

【目的】针对新疆地区现有残膜回收机具残膜捡拾率低,立杆搂膜机具地膜自卸率低等问题,为有效解决新疆地区棉田残膜污染问题,研制了棉秆粉碎与搂膜联合作业机.【方法】首先对整机结构、工作原理、关键部件设计进行了说明,然后对试验因素运用Box-Benhnken中心组合试验方法,以刀轴转速、弹齿组数、机具前进速度进行试验与响应曲面分析,建立了响应面三维模型,并得出最优试验组合.【结果】当刀轴转速2 200 r/min、弹齿组数为12组、机具前进速度为4 km/h,残膜回收率为91.1%,棉秆粉碎合格率为91.5%;增加地膜自卸机构,卸膜率为96.7%.【结论】机具作业性能可靠,各项指标满足设计标准.     

残膜捡拾清理压缩机具的设计与试验

【目的】有效解决残膜回收作业中,集条残膜因大风天气产生的二次污染,以及人工作业劳动强度大的问题,设计了一种适用于机械化集条残膜捡拾清理压缩作业机.【方法】首先阐述了该机的结构特点、工作原理以及关键部件设计过程,然后通过正交试验法对影响残膜回收率的各因素进行正交优化试验,并选出最优组合.【结果】试验显示,当机具前进速度为6km/h,捡拾杆齿转速为120r/min,脱膜叶片宽度为200mm时,残膜回收率最高,能达到91.1%.影响残膜回收率的主次因素依次为捡拾滚筒转速、脱膜皮带宽度、机具前进速度.【结论】该机具作业性能稳定可靠,残膜回收率达到设计要求.     

秸秆还田后麦田杂草发生规律及防治技术研究

【目的】研究水稻秸秆不同还田方式下麦田杂草的发生规律和硬草的防除技术,为水稻秸秆还田后麦田杂草综合治理技术的完善提供理论依据。【方法】采用5点取样法,每点1m2,每10天调查一次不同秸秆还田方式下麦田杂草萌发情况,比较了6种麦田除草剂的田间防治效果。【结果】水稻秸秆还田能抑制麦田杂草的发生,还田后杂草密度均有所降低。免耕覆盖还田后杂草无明显的萌发高峰期,且对杂草抑制率达80%左右。研究表明15%炔草酯对麦田硬草有较好的控制作用,15天、30天株防效分别达到87.24%和97.87%,30天鲜重防效为99.65%。【结论】水稻秸秆还田对麦田杂草的发生规律有较大影响,以覆盖还田对杂草的抑制效果最好;15%炔草酯对麦田硬草有较好的防除效果。     

不同培肥模式对灵武长枣种植园土壤特性和果实品质与产量的影响

目的 研究灵武长枣优质高效的培肥措施,提高果实品质和果实产量。方法 采用行间生草与树盘覆盖交叉处理,生草草种选用白三叶和黑麦草,树盘处理采用覆盖园艺地布、覆盖稻草、清耕3种模式,以全园清耕为对照,测定枣园果实性状及其产量,分析不同培肥模式对灵武长枣种植园土壤特性和果实性状的影响。结果 与全园清耕相比,行间种植黑麦草、树盘覆盖稻草组合模式可增加果实纵径、提高果实硬度(2.22%)及其产量(38.01%)。行间种植白三叶、树盘覆盖稻草组合模式可有效提高坐果率(66.17%)、可溶性固形物含量(21.95%)和类黄酮含量(29.79%);行间种植黑麦草、树盘覆盖稻草组合模式可降低土壤容重,增加土壤整体孔隙度。行间种植白三叶、树盘覆盖园艺地布组合模式可提高0~20 cm土层的速效磷含量17.68 mg/kg,土壤整体碱解氮含量增加53.44 mg/kg、土壤孔隙度提高了0.09%。行间种植白三叶、树盘覆盖稻草组合模式可提高土壤碱解氮含量52.78 mg/kg、增加土壤整体有效磷含量1.78 mg/kg。结论 行间种植白三叶、树盘覆盖稻草和行间种植黑麦草、树盘覆盖园艺地布2种组合模式可提高灵武长枣果实品质。“黑麦草+稻草”模式降低土壤容重、增加土壤整体孔隙度;“白三叶+稻草”模式提高土壤速效钾、有效磷、碱解氮含量。     

油菜轴流脱粒装置作业参数对损失率及产尘浓度的影响

针对油菜收获机械在工作过程中产生大量粉尘，危害人体健康、污染环境等问题，对油菜轴流脱粒装置作业参数对脱粒损失率和呼吸性粉尘浓度峰值的影响进行了试验研究。以滚筒转速、脱粒间隙、钉齿间距为试验因素，以脱粒损失率、呼吸性粉尘浓度峰值为试验指标，进行二次回归正交旋转组合试验，建立了各因素与脱粒损失率、呼吸性粉尘浓度峰值之间的回归模型，分析了各因素对指标的影响并对各因素进行优化。结果表明：各因素对脱粒损失率的影响大小顺序为：脱粒间隙>滚筒转速>钉齿间距；各因素对呼吸性粉尘浓度峰值的影响大小顺序为：钉齿间距>脱粒间隙>滚筒转速。对试验所得最优参数进行验证试验，结果显示，当滚筒转速548 r·min^-1、脱粒间隙19.4 mm、钉齿间距150 mm时，脱粒损失率为0.47%，呼尘性粉尘浓度峰值为31.62 mg·m^-3，脱粒损失率相对误差为2.13%，呼吸性粉尘浓度峰值相对误差为4.59%。相对误差较小，优化模型可靠。研究结果可为农作物收获机械的降尘、除尘方案设计提供参考。     

果园秸秆覆盖机设计与试验

为实现旱区果园秸秆覆盖机械化和农业废弃物资源的高效利用,研制一种将秸秆等农业废弃物均匀覆盖于矮砧苹果园行间的果园秸秆覆盖机。采用自走式履带底盘和车箱大容积设计,以提高果园环境的适应性和作业效率。由液压马达驱动的车箱链板拨料机构和下料辊相配合,实现连续定量铺料,厚度可调。试验结果表明:秸秆覆盖厚度均匀,菌渣覆盖厚度标准差≤1.37 mm,宽度满足要求;下料辊正转时,下料量大,可实现厚层覆盖,此时下料辊转速与覆盖厚度正相关;下料辊反转时,下料量小,可实现薄层覆盖,此时拨料机构转速与覆盖厚度正相关。建立了菌渣覆盖厚度与车速、下料辊(或拨料机构)转速的二元线性模型,R~2≥0.979,表明覆盖厚度在3.6～13.1 cm范围内可灵活调整。该机也可用于污染土壤修复,蚯蚓养殖床铺设等作业。     

稻草覆盖量对川芎生长发育、干物质积累及产量和品质的影响

【目的】研究稻草覆盖量对川芎Ligusticum chuanxiong生长发育、干物质积累及产量和品质的影响,为农业可持续发展及川芎生态种植提供理论依据和实践指导。【方法】采取单因素随机区组设计,设置3个处理:不覆盖稻草、覆盖苓子、覆盖全厢面,测定并分析川芎的出苗率、形态指标、干物质积累、折干率、产量及化学成分含量,进行经济效益评价。【结果】覆盖全厢面处理出苗率最高,达97.66%,与不覆盖稻草(94.05%)差异显著;覆盖苓子出苗率为96.68%,与不覆盖稻草和覆盖全厢面差异均不显著。稻草覆盖在多个生育期尤其是生长前期显著影响川芎株高,生长后期显著影响茎数、叶片数和根茎宽,对根茎长和根茎厚的影响未达显著水平;除倒苗期外,覆盖苓子和覆盖全厢面各生育期地上部干质量、地下部干质量和地下部折干率均高于不覆盖稻草。覆盖全厢面产量比覆盖苓子和不覆盖稻草分别高16.6%和41.6%,净收益分别高24.4%和68.3%。稻草覆盖处理提高了川芎阿魏酸、洋川芎内酯A、藁本内酯和总苯酞含量。【结论】川芎种植厢面覆盖稻草促进了川芎的生长发育和干物质积累,提高了产量、品质和经济效益,覆盖全厢面处理效果优于仅覆盖苓子的传统方法。     

再生稻收割机刚柔耦合杆齿脱粒装置的设计与试验

目的 针对再生稻头季收获时籽粒和秸秆含水率较高,籽粒与稻穗的黏结力较大,采用传统刚性杆齿脱粒装置的收割机收获时会导致大量籽粒破碎的问题,在轴流式脱粒滚筒的基础上设计了一种刚柔耦合杆齿的脱粒滚筒。方法 采用EDEM仿真软件对脱粒过程进行仿真模拟,通过后处理获得3种不同杆齿(刚性、柔性、刚柔耦合)对籽粒的平均法向打击力和切向揉搓力;以夹带损失率、破碎率和未脱净率为评价指标,分别以不同滚筒转速下的单因素和以滚筒转速、水稻籽粒含水率、杆齿种类为因素的三因素三水平进行不同杆齿的正交台架验证试验。结果 EDEM仿真结果表明,在滚筒转速分别为650、750和850 r/min时,3种杆齿对籽粒的平均法向打击力和切向揉搓力均表现为刚性杆齿最大、柔性杆齿最小。单因素试验结果表明,刚性杆齿脱粒装置的籽粒破碎率明显高于柔性杆齿脱粒装置和刚柔耦合脱粒装置,在滚筒转速为900 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的破碎率均很高,分别为1.632%、1.925%和2.564%;柔性杆齿脱粒装置的未脱净率和夹带损失率明显高于刚性杆齿脱粒装置和刚柔耦合脱粒装置,在滚筒转速为900 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的未脱净率均很低,分别为0.286%、0.071%和0.240%,在滚筒转速为850 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的夹带损失率均很低,分别为1.595%、0.729%和1.341%。正交试验结果表明,影响籽粒夹带损失率和破碎率的因素顺序依次为杆齿种类 > 滚筒转速 > 籽粒含水率,影响未脱净率因素的顺序依次为杆齿种类 > 籽粒含水率 > 滚筒转速。结论 相同条件下,刚柔耦合脱粒装置能够在保证籽粒脱净率的前提下,降低籽粒破碎率。研究结果可为再生稻收割机脱粒装置的设计与田间应用提供参考。     

秸秆和植被覆盖对江苏滨海盐土土壤盐分变化的影响

研究秸秆覆盖和植被（田菁）覆盖条件下滨海盐土土壤水盐的动态变化规律，为沿海滩涂盐碱地脱盐改良提供依据。本研究以含盐量6.98 g·kg^-1的滨海盐土为研究对象，设置秸秆覆盖和种植田菁2种覆盖处理，以裸地为对照，研究不同覆盖处理对滨海盐土土壤含水量和土壤盐分动态变化的影响。结果表明：秸秆覆盖下的土壤含水量（27.58%）显著高于田菁覆盖（26.70%）和裸地（26.61%），后两者差异未达显著水平。处理1年后0~20、20~40 cm土层的秸秆覆盖、田菁覆盖和裸地不同处理间土壤含盐量的差异均达显著或极显著水平；秸秆覆盖处理的脱盐率为田菁覆盖处理的2倍。回归分析表明裸地和田菁覆盖下土壤盐分含量与累积降雨量的关系可用二次多项式拟合，田菁覆盖下的淋洗方程（EC_a/EC_i与D_w/D_s间的关系）可用三次多项式拟合；而秸秆覆盖条件下土壤盐分含量与累积降雨量的关系、淋洗方程均表现为指数函数关系y=ae^bx（P<0.01）。秸秆覆盖条件下滨海滩涂0~40 cm土层脱盐80%需要386.8 mm的累积降雨量。结果表明秸秆和植被覆盖技术在江苏滨海盐土可获得较好的脱盐效果，具有较好的应用前景。     

一种风压转换近地风速检测装备设计与试验

【目的】针对目前相关设备风场自干扰大的问题,为更好地获取无人机(Unmanned arial vehicle,UAV)近地风场参数信息,以风压信号为基础,采用皮托管风速传感器设计一种风压转换近地风速检测装备。【方法】利用轴流风机对叶轮风速传感器和皮托管风速传感器的感应位置进行风速干扰对比试验,利用热线式标准风速仪测定干扰前后的风速变化,利用轴流风机以相同的风速检测该装备所有传感器的测量风速并记录,得到该系统的一致性。将同一风速下标准热线式风速仪的测量风速和该系统的传感器测量风速进行对比,找出皮托管风速传感器准确度较低的风速段,利用Matlab软件对风压信号–风速值进行拟合。【结果】在10.00~15.00 m·s–1风速下皮托管风速传感器对直流风速的削弱不超过1%,而叶轮传感器达到20%以上。系统所采用的30个风压变送器在风速为15.00 m·s~~(–1)时的最大绝对差异为0.96 m·s–1,最大相对差异为6.40%,变异系数为1%。以三次公式进行拟合后,误差平方和(SSE)为0.099 6,拟合优度(R2)0.96。【结论】本系统能够有效检测无人机下旋翼风速数据,且比叶轮式风速传感器网络测量系统在减少干扰方面具有明显优势,可以为研究无人机田间作业提供有效帮助。     

叶片式抛送装置功耗试验研究与参数优化

为了提高全秸秆覆盖地免耕播种机作业质量,降低抛送装置的抛送功耗,采用Box-Benhnken中心组合试验方法对抛送装置的工作参数进行试验研究,以叶轮转速、物料含水率、叶片倾角等影响作业质量的3个因素进行三因素三水平响应面试验,建立响应面数学模型,分析各影响因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行综合优化。试验结果表明:各因素影响抛送功耗的显著顺序依次为叶轮转速、物料含水率、叶片倾角;最优工作参数组合为:叶轮转速1 600r/min、物料含水率63%、叶片倾角后倾9°,对应的比功耗919.89m~2/s~2,且各性能指标与理论优化值的相对误差均5%。研究结果可为抛送装置的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

玉米秸秆皮瓤分离机剖瓤机构试验研究

为了确定玉米秸杆皮瓤分离机的结构和运动参数,利用本研究设计的玉米秸秆剖瓤实验台对玉米秸杆皮瓤分离机的关键机构-剖瓤机构进行了试验研究.为优化剖瓤机构的结构和运动参数,利用二次回归正交旋转组合设计安排了影响剖瓤质量的主要因素的四因子试验,并以剥净率和茎秆外皮损伤率作为评价指标.通过试验,得出了结构和运动参数的合理组合:剖...     

黄土高原旱塬区覆盖方式对早酥梨光合特性的影响

为筛选出适宜黄土高原旱塬区梨园的土壤耕作模式.以8 a生早酥梨为试材,研究陇东黄土高原旱塬区地面覆盖对早酥梨叶片光合特性的影响.结果表明,覆草处理的净光合速率(Pn)在11:00最高,达到峰值;各处理Pn日变化均呈“双峰型”;地面覆盖显著提高水分利用效率(WUE),覆草显著高于覆膜;覆草能显著提高Gs和Ci,其Ci极显著高于CK(P＜0.01),显著高于覆膜(P＜0.05),处理间Gs和Ci变化趋势均与Pn一致;覆草后LCP显著降低,而LSP显著提高,表明对光照的适应范围较宽;覆草的Pn-max显著高于CK(高14.83％);覆草的CO2补偿点显著低于覆膜和CK.可见,旱塬区覆草可以显著提高早酥梨叶片光合作用,有利于干物质形成,增强光能和CO2的利用能力.