激光控制水田打浆平地机设计与试验

【目的】满足水稻种植对田面平整度的要求,减少拖拉机进田次数,提高打浆平地质量和效果,实现一次进田完成水田打浆和平地作业。【方法】采用先打浆后平地原理,设计了激光控制水田打浆平地机、打浆机与平地铲自动调平机构、平地铲高程自动调节机构和通过集成带自动调平的激光平地控制系统,并进行田间试验;利用2台姿态航向参考系统分别测量拖拉机车身和打浆平地机的横滚角,采用水准测量试验田块作业前后的田面平整度。【结果】拖拉机横滚角在±4.5°内变化,打浆平地机的横滚角始终保持在±1°内,表明调平自动控制系统明显提高了水田打浆平地机构水平稳定性;打浆平地作业后田面最大高差从作业前的17.7cm降低到6.7cm,标准偏差值从作业前的4.08cm下降到1.75cm,绝对差值不大于3 cm的平整度采样点占比由作业前的62%提高到82%以上。【结论】激光控制水田打浆平地机打浆平地作业后可显著改善田面平整情况。     

基于GPS技术的水田平地机的设计与试验

【目的】设计基于GPS技术的水田平地机,实现水田精准平整.【方法】GPS接收天线固定在平地铲上,以GPS高程定位数据作为平地铲高程信息,通过限幅平均滤波算法和PD控制算法实现平地铲运动精确和稳定的控制.【结果和结论】经GPS技术控制的水田平地机平整后的田块田面相对高程的标准偏差值由15.8 cm减小到4.7 cm,绝对差值在不大于5 cm的采样测量点累积百分比数达85.4%,限幅平均滤波算法减少了GPS高程数据误差.GPS高程定位数据能满足水田精准平整的要求,能有效改善田面平整状况.     

激光平地机自动调平控制系统的研制

现有的激光平地机对平地铲只有高程控制而没有水平平衡控制。分析了当前激光平地机在不平整地面上工作的缺点,提出了一种自调平控制系统,实现激光平地机水平方向上自调平控制,改进与提高其平整精度和效率。当激光平地机在斜坡上工作时,使用该系统可自动保持农具平衡。实时倾角通过固定机具中心的倾角传感器获得,控制器将根据实时倾角来驱动电磁阀,控制油缸动作,使得机具实现自调平控制;同时对其进行静态试验和动态试验,通过数据分析,发现该系统能有效提高土地作业的稳定性。最终得出该系统相对于常规的激光平地机地块平整前后的绝对改善度提高了50.0%,相对改善度提高了18.6%,土地误差水平小于1.0%。     

基于水平传感单元的激光平地机设计方法

针对激光平地机中激光平面仪尧激光接收阵列以及平地铲控制单元的设计进行了详细的论述。利用直 流电机带动五角棱镜自转获得激光平面,通过自刻光栅完成直流电机的闭环控制,从而实现了激光平面的出射角度 控制。自行设计了一款基于普通水泡的水平传感单元,有效保证了激光平面的水平精度。将一定数量的硅光电池排 列成激光接收阵列作为光敏单元安装在平地铲的力臂上,后级采用相应的放大尧整形与滤波电路处理输出信号,控 制器可以获得平地铲当前位置和运行速度。基于接受阵列设计了平地铲的控制算法,保证了激光平地机的工作精 度。实测结果表明,系统产生激光平面的水平误差小于25义且土地平整精度小于50 mm。     

激光控制水田平地打浆机设计与试验

为了满足水稻种植对田面平整度的要求,缩短水田打浆和平地作业间隔时间,提高打浆平地质量和效果,提出了先精准平整再精准打浆的作业方法,设计了平地铲和打浆机构的高程和调平自动调节机构,研制了激光控制水田平地打浆机,集成带自动调平功能的激光平地控制系统,实现了一次进田即完成水田精准平地和打浆作业,且打浆深度可调。利用两台AHRS(Atitude and Heading Referece System)同步测量拖拉机车身和平地打浆机横滚角,GNSS(Global Navigation Satellite System)测量平地打浆机试验过程中的高程变化。在水田进行了手动操作与自动控制两种方式的倾角和高程对比试验,结果表明,平地打浆机在自动控制下高程在平均值的±4 cm范围内变化,手动操作为±11 cm;平地打浆机的横滚角保持在±0.5°,而手动操作时受拖拉机车身横滚角影响最大超过±2.5°,自动控制下平地打浆机的作业质量较手动操作更稳定。水田平地打浆作业结果表明:平地打浆作业后田面最大高度差从作业前的26.4 cm降低到11.5 cm,标准偏差值由4.13 cm下降到2.18 cm,作业后绝对差值小于等于3cm的平整度采样点累计达86%以上;打浆作业深度为14.2cm,相对于设定打浆深度15.0cm标准偏差值为2.46 cm。表明激光控制水田平地打浆机作业后显著改善了田面平整情况,打浆深度精准稳定。     

基于DSP的水田平地机倾角传感系统设计与试验

平地机车身倾角是水田平地机平地铲自动调平控制的重要反馈信息。为满足平地铲自动调平的倾角测量精度要求,达到水田精准平整、减少水资源的浪费、提高水稻产量的目的,设计了一种基于DSP的水田平地机倾角传感系统。采用惯性加速度计和陀螺仪作为倾角传感系统的倾角测量传感器,分析了倾角传感系统倾角测量原理、设计了硬件系统和基于卡尔曼滤波器的传感器融合算法。倾角传感系统综合利用加速度计所测的重力加速度分量和重力加速度的三角关系以及陀螺仪所测的角速度和车身倾角的导数关系测量获得平地机车身倾角;采用三轴加速计ADIS16300、陀螺仪ADXRS453和DSP处理器TMS320F28069等器件组成倾角传感系统的硬件系统,其中DSP处理器主要实现传感器数据采集、算法执行和数据通讯等功能;以平地机真实倾角和陀螺仪零位偏差作为系统状态向量,建立系统状态方程和测量方程,通过离散化卡尔曼滤波器递归融合得到平地机车身实时倾角。通过三轴多功能转台对倾角传感系统的卡尔曼滤波融合算法测量精度进行了试验。试验结果表明:该倾角传感系统在静态和动态时均能准确地测量平地机车身实时倾角。静态测量时车身角度平均绝对误差≤0.01°,均方根误差≤0.01°,最大误差0.07°。动态测量时车身角度平均绝对误差≤0.18°,均方根误差≤0.20°,最大误差0.41°。说明该系统为水田平地机平地铲自动调平控制提供了低成本倾角测量方案。     

1PJ-3型激光平地机的设计

利用激光发射器形成的平面作为基准是目前最精确的平地作业方法之一,1PJ—3型激光平地机设计了两个激光接收器,保证了平地铲高度与水平的准确性。本文介绍了其总体设计与计算。     

双天线GNSS 精准平地控制系统试验

【目的】利用双天线GNSS的精准平地系统可以达到提高土地平整度、提高肥料利用率和降低水土流失的目的,可以提高农作物产量、提高平地机在不同地形作业的精度和效率,减少农民的劳动强度。【方法】GNSS精准平地控制系统通过GNSS移动站接收到的GNSS差分站发送的差分信号确定平地铲的高程和姿态角,向控制器发送指令调节电磁换向阀的开闭,通过控制液压油管中流量和流向实现实时精准调节平地铲高程和姿态角的工作目标。【结果】1.平整作业后土地最大高差从平整前的0.245 m高差缩减到0.139 m,平整度显著提升;2.该试验平地铲最大姿态角为1°,即平地铲变化范围小,始终保持平稳;3.试验田平整后记录点到基准平面距离小于2.5 cm的点占总试验田面积60%以上,平地效果良好。【结论】双天线GNSS精准平地控制系统定位精确可以达到厘米级、稳定性高、不受拖拉机行驶速度影响;液压系统响应快速,可以实现根据控制器信号精准调节平地铲高程和姿态角;系统整体设计合理,平地效果达到精准平地要求。     

樟子松在西北干旱沙区的蒸腾日变化

在典型干旱沙区的甘肃省民勤治沙站分别测定人工栽植的4 a、9 a和20 a樟子松8月份蒸腾强度的日进程.结果表明,9 a以上樟子松的蒸腾强度在午前随光强和气温而上升,午后下降.以当天的日平均蒸腾强度计,20 a(16.30 mmol·m-2·s-1)>4 a(14.14 mmol·m-2·s-1)> 9 a(12.51 mmol·m-2·s-1).4 a、9 a和20 a樟子松的日均水分利用效率分别为0.168 1 μmol·mol-1、0.392 6 μmol·mol-1、0.092 9 μmol·mo     

葡萄光合速率对光及CO_2浓度的响应特征

为深入研究吐鲁番地区葡萄管理和节水灌溉技术,采用CIRAS-3型便携式光合仪对新疆吐鲁番地区葡萄光合作用进行的测定。结果表明:当光合有效辐射在0~600μmol·m-2·s-1时,净光合速率迅速上升;光合有效辐射在600~1 500μmol·m-2·s-1时,净光合速率升幅减弱;而光强在1 500~2 000μmol·m-2·s-1时,净光合速率随着光照强度的增加而出现下降。CO2浓度在800μmol·m-2·s-1之前,光合速率迅速增加;在800μmol·m-2·s-1之后,光合速率缓慢上升。利用非直角双曲线模型和直角双曲线模型拟合葡萄光响应曲线和CO2响应曲线,决定系数分别为0.996 2和0.988 5。     

盐碱胁迫下水稻齐穗期剑叶光响应特性的研究

采用LI-6400P型光合仪测定了盐碱胁迫下水稻品种吉优1号齐穗期剑叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)对不同模拟光强的响应。结果表明,无论是盐碱胁迫还是非盐碱胁迫,水稻剑叶的Pn、Gs、Tr在低光强(0～200μmolphotonm-2s-1)下随光强的增加呈直线上升趋势,而Ci呈直线下降趋势;在中光强(200～800μmolphotonm-2s-1)下Pn、Gs、Tr随光强增加上升趋缓,而Ci缓慢降低;在高光强(>800μmolphotonm-2s-1)下Pn、Gs、Tr均达到最大值,并保持平衡或略有下降,而Ci降到最低并保持平衡。但与非盐碱胁迫相比盐碱胁迫使Pn、Gs、Tr、Ci整体下降。盐碱胁迫降低了水稻的光饱和点和光补偿点。     

基于不规则三棱柱分割法实时测算果树冠层体积

【目的】果树冠层体积、结构的精准测量可以为药、肥的变量施用和果树估产等提供重要的参考依据。针对植株冠层枝叶空间分布不规则的特点,现有的果树冠层体积实时测量方法测量精度较差,难以准确量化柑橘果树冠层体积及结构,为了实现对果树冠层体积的精准测量,搭建了基于SICK LMS111-10100型激光传感器的果树冠层扫描检测平台,并提出了一种基于不规则三棱柱模块的果树冠层体积测算方法。【方法】研究以5株冠形规则的球形景观树、10株冠形不规则的柑橘树为靶标,分别在0.5、1.0和1.5 m·s-1 3个行进速度下使用常用的长方体分割法、不规则三棱柱分割法等2种方法测算冠层体积,并以人工测量为基准进行误差分析。【结果】长方体分割法测量景观树误差范围分别为4.17%—6.59%、4.56%—7.42%和4.17%—9.86%;不规则三棱柱分割法测量景观树误差范围分别为2.37%—4.63%、3.18%—5.00%和4.10%—5.73%,2种方法测算果树冠层体积相对误差差值范围-0.28%—4.22%,平均差值1.78%。长方体分割法测量柑橘树误差范围分别为11.63%—31.02%、11.88%—33.23%和13.28%—33.30%;不规则三棱柱分割法测量柑橘树误差范围分别为3.25%—6.69%、4.50%—8.31%和5.66%—11.55%,2种方法测算果树冠层体积相对误差差值范围6.43%—26.20%,平均差值13.04%。【结论】不规则三棱柱分割法测算误差明显小于长方体分割法,精度更高;对于同一靶标,当速度为0.5 m·s-1时,2种方法的测量精度最高,随着速度的增加,激光采样点密度下降,相对误差有增大的趋势。当扫描规则靶标时,2种方法精度差异较小;当扫描不规则靶标时,长方体分割法误差较大。长方体分割法处理单帧数据的平均时间为2.86 ms,不规则三棱柱分割法处理单帧数据的平均时间为4.73 ms,均小于激光传感器的扫描周期20 ms,可以达到实时获取并处理数据的目的。     

基于Pro/E的水田秸秆还田耕整机的设计与运动仿真

运用Pro/E软件设计了一种双螺旋刀辊组合的水田秸秆还田耕整机,能够一次性实现水田秸秆的翻埋还田、旋耕碎土、平地等多项功能.应用Pro/E软件中的机构模块对螺旋刀辊进行了运动学仿真,得到了刀辊转速一定时机组在不同前进速度下的4种不同运动轨迹,通过对运动轨迹的分析可优化机组工作的前进速度.     

黄芪收获机三角平面铲不同倾角挖掘特性研究

针对黄芪收获机收获黄芪时三角平面铲挖掘效果不佳且易损坏问题,采用离散元法和有限元法,以土壤宏观和微观扰动、三角平面铲应力应变为指标,研究不同倾角三角平面铲作业过程,结合分析结果选适宜黄芪收获作业的三角平面铲倾角,开展田间验证试验.离散元与有限元仿真结果表明,①三角平面铲倾角越大,对土壤抬升距离越大,纵向土壤扰动越大,应力越大,应变越大,变形量越大;②倾角为25°时,土壤宏观和微观扰动、三角平面铲应力应变综合结果最优,所标记4种土壤颗粒X轴平均坐标值变化量分别为102.3、119.6、139.8和121.7 mm,y轴平均坐标值变化量分别为158.6、154.6、141.5和153.8 mm,最大移动距离平均值为345.8 mm,最大变形为1.59 mm,最大应力为353.68 MPa,应变为1.798×10-3 mm· mm-1.田间验证试验结果表明,三角平面铲综合结果最优倾角25°作业时,黄芪平均挖净率为97.54％,平均损伤率为1.77％,符合根茎类中药材收获机质量评价技术规范要求,研究可为黄芪等长根茎类中药材收获机设计与试验提供参考.     

连续弱光处理对黄瓜生育及光合速率的影响

采用40、60、80和110 μmol·m-2·s-1 4个不同弱光水平对黄瓜进行连续人工气候箱试验.结果表明,连续弱光处理下黄瓜的株高和叶面积增加,5周后达到相对稳定,弱光处理1周黄瓜叶片叶绿素含量增加,此后保持相对稳定,处理间差异不显著;连续弱光处理影响黄瓜的根系活力,随处理光强降低,黄瓜根系活力下降迅速,与110 μmol·m-2·s-1弱光处理相比,60 μmol·m-2·s-1弱光处理的根系活力下降62.2%,40 μmol·m-2·s-1的根系活力仅为其1/8;连续弱光处理下,黄瓜功能叶片的净光合速率随生育期的变化而有所上升,而随着光照强度减弱,其净光合速率逐步降低,呈现同步变化.连续弱光处理导致黄瓜严重化瓜.     

凸圆滑切式减阻深松铲尖设计与试验

针对深松作业阻力大、功耗高的问题,基于滑切理论设计了1种具有凸圆弧形滑切刃的深松铲尖,建立了深松作业过程中,铲尖上表面滑切刃与土壤的切削模型,分析了刀片受力情况,并依据滑切产生因素,推导出刀片刃口曲线表达式。田间试验表明:拖拉机前进速度为4.1 km/h,深松铲耕作深度为250 mm时,凸圆弧形滑切刃深松铲牵引阻力较国标深松铲的牵引阻力平均下降12.08%,达到了降低深松作业阻力的目的。     

流体穴播成穴器改进设计及试验

为提高流体穴播的成穴效果,改进设计了流体穴播成穴器,利用拨轮带动拨指机构驱动排种管使其摆动,实现种液零速排放。确定了拨杆的长度、拨指相位差等结构参数;进行了排种管末端速度及摆角分析,建立了排种管末端速度与机器前进速度、传动比等参数的关系模型;对种液离开排种口的水平分速度进行了分析,建立了其与机器前进速度、拨指长度、拨杆实际作用长度以及种液流速等各参数之间的关系模型。通过单因素试验和四因素四水平正交试验,得出各因素的最优组合。研究结果表明:在机器前进速度为1.4m·s-1、拨指长度为12mm、拨杆实际作用长度为90mm、流体速度为2.9m·s-1的情况下,平均穴距为296.3mm,变异系数为6.36%,成穴效果达到了作物穴播生产要求。     

不同光强处理对三叶青光合特性的影响

为探讨适宜三叶青Tetrastigma hemsleyanum生长的光强环境,并为其人工栽培和林下栽培提供基础,以2年生三叶青扦插苗为试验材料,对它们进行不同梯度的遮光处理,梯度设置为全光照（ck）,遮光30%,50%,70%和90%,研究光强对三叶青不同生育时期（快速生长期与高温缓慢生长期）的光合特性的影响。采用体积分数为95%乙醇浸提法测定三叶青叶片中光合色素,利用LI-6400XT便携式光合系统测定仪测定叶片净光合速率（P_n）,气孔导度（G_s）,胞间二氧化碳摩尔分数（C_i）和蒸腾速率（T_r）等指标,计算光饱和点（L_SP）,光补偿点（L_CP）,量子效率（A_QE）,暗呼吸速率（R_d）和最大净光合速率（P_max）,并拟合光响应曲线。结果表明:随着遮光程度的增加,叶绿素a,叶绿素b,总叶绿素和类胡萝卜素总体上呈现上升趋势,但是在不同生育时期变化不大;多数光合指标亦随遮光程度增加而呈现增长趋势,多在遮光70%时达到最大值之后下降,且快速生长期（P_n为4.19 μmol·m-2·s-1,G_s为53.54 mol·m-2·s-1,T_r为0.98 mmol·m-2·s-1,L_SP为340.49 μmol·m-2·s-1,A_QE为0.18 mol·mol-1,R_d为1.20 μmol·m-2·s-1,P_max为5.34 μmol·m-2·s-1）比高温缓慢生长期（P_n为1.74 μmol·m-2·s-1,G_s为17.53 mol·m-2·s-1,T_r为0.36 mmol·m-2·s-1,L_SP为159.28 μmol·m-2·s-1,A_QE为0.06 mol·mol-1,R_d为0.70 μmol·m-2·s-1,P_max为2.45 μmol·m-2·s-1）数值高41.67%~67.26%;C_i和L_SP呈现先下降后趋于稳定趋势,表明高温缓慢生长期的强光、高温、低湿等环境条件使其光合活跃度下降,对植株生长产生胁迫。综合试验结果得出结论,不同生育时期三叶青均在遮光度70%的条件下生长适宜。     

种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法

【目的】模拟预测三七种子颗粒群的悬浮速度,为气固两相流的模拟仿真提供参考依据。【方法】利用PS-20物料漂浮速度试验台测量悬浮速度;采用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟台架试验,并模拟颗粒体积分数对流场影响;借助普拉诺夫斯基修正式验证各体积分数下颗粒群悬浮速度模拟值。【结果】体积分数对流场影响显著。体积分数接近0时,台架试验颗粒群悬浮速度范围为7.14~9.32 m·s-1、平均值为8.23 m·s-1,模拟结果为7.08~9.30 m·s-1、平均值为8.19 m·s-1;当体积分数在2.58%、3.87%、5.16%、7.74%时,模拟试验的悬浮速度分别为8.52、8.72、8.96、9.46 m·s-1,悬浮速度的理论计算值分别为8.53、8.79、9.06、9.71 m·s-1,最大误差为2.6%。【结论】采用模拟技术可建立体积分数低于9.03%时的悬浮速度预测模型;在未出现较大涡流的情况下,可利用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟预测不同体积分数下颗粒群的悬浮速度。     

浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的比较研究

利用近期调查的耕地地力数据,比较研究了浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的差异。结果表明:红壤丘陵区旱地与水田土壤均呈现显著的酸化,两者pH值低于5.5的土壤比例均在60%以上,且旱地的土壤酸度大于水田;两种利用方式土壤的有机质和全氮平均含量均属中下水平,且水田的土壤有机质和全氮平均含量分别比旱地高17.05%和7.45%;旱地的土壤有效磷和速效钾平均含量分别比水田高82.61%和58.79%;与自然红壤相比,水田的土壤有机质、全氮、有效磷含量和pH值呈现上升趋势,速效钾含量呈现显著的下降,而旱地的土壤全氮、有效磷和速效钾含量呈现上升趋势,有机质含量和pH值呈现下降。