玉米秸秆抗根倒伏强度检测方法

研究了玉米秸秆抗根倒伏强度检测方法并设计了相应的检测仪.将玉米秸秆简化为悬臂梁力学模型,以植株的最大垂直拔根阻力作为衡量玉米秸秆抗根倒伏强度的参数.设计了由螺旋机构、活动三角架平台、夹具和数字显示仪等组成的玉米秸秆抗根倒伏强度检测仪.采用手轮对螺旋机构施力的方式,使操作者施加的力仅为被测量值的1/97;夹具采用双重夹紧装置以适应不同直径的玉米秸秆.试验表明,玉米秸秆的最大垂直拔根阻力与根倒率之间存在着负相关性.     

4YZ-2型自走式玉米收获机的研制

4YZ-2型两行自走式玉米收获机,设计了中央调节拉杆,用来调节割台的工作角度,在液压油缸调节受限时,可通过中央调节拉杆进行微调,当遇到玉米倒伏地块时,可以保证割台足够小的离地间隙,能顺利收割一般性倒伏地块。秸秆处理机构采用液压控制升降,改变了传统玉米收获机秸秆处理机构与割台通过螺栓连接在一起的连接方式,秸秆还田机构实现了独立调节,保证了割茬高度的一致性。在原有机型高低挡的基础上又设计了主副挡,使行驶和工作速度调节更加细化,能满足不同作业环境的速度要求。在剥皮机的下方设计了籽粒回收装置,降低了籽粒损失率。     

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。     

玉米秸秆与土壤混合物料成型装置性能及试验研究

目前，黄淮海地区玉米秸秆主要实行粉碎掩埋还田的处理方式，针对还田后出现的病虫害且影响小麦生长问题，提出了一种秸秆全量还田的处理方式，即将玉米秸秆和土壤按一定比例形成混合物料，通过成型装置将其挤压成圆柱型，并可结合开沟掩埋机构与秸秆腐解和防病虫药剂来实现秸秆深埋还田处理，使秸秆与小麦种床分离。因此设计了玉米秸秆还田机的核心部件，即混合物料成型装置，其包含5片螺旋叶片且螺距渐变并成阶梯状排布，经螺旋推进可以将混合物料挤压成圆柱型。物料成型出料速率和过程中功率消耗是其核心部件的重要指标，为了验证其性能，基于该装置设计了成型装置试验平台，由传送带、搅龙成型机构及支架、5.5kW交流电机、物料输出平台和测试仪器(钳流计、转速仪、秒表、尺子等)构成。初步试验表明：当以混合物料挤压成型出料速率为参考指标，则物料含水率为20%,螺旋轴转速为397r/min,喂入量为210kg/min时，出料速率达到了最大；当以混合物料成型过程中功率消耗为指标，则物料含水率为23%、螺旋轴转速为477r/min、喂入量为180kg/min时，功率消耗最小。对出料速率和功耗2个指标进行了归一化处理，按照6∶4的权重分配，...     

玉米秸秆力学参数与抗倒伏性能关系研究

玉米秸秆强度和弹性模量是影响玉米抗倒伏性能的重要因素.对5个玉米品种的秸秆进行了力学性能测试,表明不同品种的玉米秸秆强度及弹性模量存在明显的差异.探讨了玉米秸秆的弯曲强度和弹性模量的测定方法.设计了基于简支梁模型的玉米秸秆弯曲强度测定仪和基于悬臂梁模型的弹性模量测定仪,采用拉压力传感器、MCK-Y液晶显示控制仪等作为主...     

基于螺旋压缩成型的秸秆还田机具设计及试验

针对黄淮海地区玉米秸秆还田机械设计中出现的模式单一和不能实现全量还田等问题,探究了一种能使秸秆全量还田的螺旋压缩成型并开沟掩埋的作业方法,并结合现有的4JQH-200粉碎还田机具设计了一种能实现根茬粉碎捡拾、二次粉碎、螺旋压缩成型和开沟掩埋的秸秆还田机构。其核心部件为螺旋搅龙压缩机构,由5片渐变螺距和螺径的叶片组成,叶片螺径最大值和最小值分别为398mm和85mm,螺距最大和最小值分别为200mm和100mm。秸秆压缩台架试验表明:秸秆粉碎初期含水率为70.05%时,该机构的输送能力为8.756t/h,输送功率为0.8kW/h。田间试验表明:田间秸秆经过放置后含水率为30.03%时,机构的捡拾率为82.99%,挤压合格率为93.33%,满足秸秆全量还田的农艺要求,不会增加额外的费用,可为后期秸秆还田机械的发展提供数据支撑。     

甘蔗收获机扶蔗机构的概念设计与创新设计

对甘蔗收获机的扶蔗机构进行概念设计，采用构思一设计法(Beitz)构建部件的功能原理解和设计过程模型，并对原理解进行功能分解；对概念设计所产生的概念样机进行发散性创新设计，建立满足功能要求的虚拟概念样机；针对传统螺旋扶蔗机构，采用TRIZ创新设计方法，提出了能够解决传统螺旋扶蔗器对严重顺倒伏和较小程度的侧顺、侧逆倒伏的甘蔗较难扶起的问题的新型扶蔗机构。     

秸秆精粉再利用混合机研究

为了提高玉米秸秆及玉米芯的综合利用率,以秸秆精粉再利用混合机作为研究对象,对其主要工作部件螺旋搅拌机构和抛料装置参数进行设计及试验分析。结果表明:螺旋搅拌机构在保证搅拌效率的同时还要保证输送生产量、抛料装置在确保混合均匀度及抛送高度和抛送距离时,生产率要大于螺旋搅拌机构输送量,才能保证机器正常运转,不发生堵料现象。在试验基地按照相关标准和试验报告对物料的混合均匀以及整机生产率进行检验,均达到了预期设计目标。该机现场作业时,可一次性完成对物料的搅拌、混合及翻料,从而降低了劳动强度,提高了生产效率。     

基于不对行倒伏玉米收获的拨禾装置设计及试验研究

针对收获不对行倒伏玉米存在的收获效率低的问题,对现有拨禾装置喂入部分进行了改进,改进后的拨禾装置拨禾链采用"八"字形结构,拨禾链指采用工作截面为光滑圆弧面的水稻收获拨禾链指。采用控制变量法对拨禾机构收获不对行、倒伏玉米时的喂入率进行性能测试,结果表明:改进后的拨禾装置对位置偏离中心小于150mm、前后倒伏角及左右倒伏角均在60°范围内的玉米植株具有很好的扶持喂入效果,可在一定程度上解决不对行、倒伏玉米收获率低的问题,为后续设计不对行、倒伏玉米收获机拨禾装置提供了参考。     

内置式玉米秸秆收集打捆装置设计与试验

针对我国玉米收获作业存在的秸秆回收利用率低、果穗收获与秸秆收获不能同时进行等问题,设计了一种内置式秸秆收集打捆装置,将该装置内置到自走式玉米收获机上,使玉米收获机在实现果穗收获的同时实现玉米秸秆捡拾、粉碎和打捆的功能,减少了收获机械进地次数,降低了成本。为此,通过对秸秆收集打捆装置整体机构及关键部件的理论和仿真分析,确定了主要结构参数。以碎刀辊转速、螺旋输送器转速、打捆机输入转速为试验因素,打捆密度为试验指标对秸秆收集打捆装置进行正交试验,因素取值范围为:粉碎刀辊转速1300～1700r/min、螺旋输送器转速120～180r/min、打捆装置输入转速700～800r/min。试验结果表明:各因素对草捆密度均有显著影响,影响主次顺序为粉碎刀辊转速打捆装置输入转速螺旋输送器转速;当粉碎刀辊转速为1700r/min、螺旋输送器转速为150r/min、打捆装置输入转速为800r/min时,打捆密度最高为180kg/m~3。该装置结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆收获提供了技术支持。     

玉米不同耐密植品种茎秆穿刺强度的变化特征

以耐密抗倒性不同的品种（稀植大穗品种JK 518和JK 519、耐密抗倒品种XY335和CS 1；中等耐密品种ND 108）为材料，设5个密度处理，研究玉米茎秆的穿刺强度（RPS）的变化特点及其对群体种植密度的响应。结果表明玉米茎秆穿刺强度随生育期递进而增强，不同耐密性品种间随种植密度变化有较大差异。茎秆基部节间的穿刺强度随群体密度增加呈线性递减。茎秆节间RPS随着节位的上升而呈二次函数递减；不同耐密性品种间RPS以抽雄-吐丝期差异明显，以穗位以下节间，尤其第3～6节间表现差异较大。玉米抽雄前茎壁增厚早、     

秸秆覆盖和播前灌水量对夏玉米抗倒伏特性的影响

【目的】研究秸秆覆盖和播前灌水量对成熟期夏玉米茎秆抗倒伏特性的影响。【方法】设置2种覆盖处理(秸秆覆盖处理和不覆盖处理,秸秆覆盖处理为小麦秸秆覆盖0.6 kg/m~2)和3种播前灌水量(低灌溉量30 mm、中灌溉量70 mm和高灌溉量110 mm),测定了成熟期夏玉米茎秆主要物理性状参数、倒数第3节间茎秆机械强度、抗倒伏指数和产量等指标。【结果】与不覆盖相比,秸秆覆盖增加了夏玉米穗位高、重心高度和茎秆抗折力,提高了玉米抗倒伏能力和籽粒产量(2017年增产7.6%)。播前灌水量显著影响夏玉米成熟期穗位高系数和倒数第3节间茎长、长粗比和茎秆机械强度,播前灌水量越高籽粒产量越高。秸秆覆盖下播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最优,不覆盖处理播前灌水70 mm玉米抗倒伏能力最差。茎秆长粗比和茎秆抗折力与玉米抗倒伏指数相关系数(r)2016年分别为:-0.458 7、0.434 6,2017年分别为:-0.315 7、0.375,穗位高系数不能作为评价玉米抗倒伏特性的指标。【结论】秸秆覆盖+播前灌水70 mm是实现抗倒高产的最优组合方案。     

玉米植株抗倒性测量装置设计与试验

针对现有玉米植株抗倒性测量装置的人工施力速度不稳定且未能垂直于植株进行测量,致使测量结果误差较大的问题,设计一种以电机驱动的玉米植株抗倒性测量装置。该装置可快速测量玉米茎秆从直立到不同倒伏角度时所能承受的最大力矩。通过对玉米倒伏时的受力进行分析,建立植株力学模型,提出评价玉米抗倒性的指标。进行装置检测角度精确性试验,结果表明：该装置检测角度与实际角度的偏差为1°,满足检测要求。进行装置加载速度稳定性试验,结果表明：所设计装置的测量角度随时间变化平稳,验证了装置加载速度的稳定性。分别以最大抗推力矩和最大抗拉力为指标,对不同玉米品种和种植密度进行了推、拉倒伏田间试验。结果表明：在密度75000株/hm2时,最大抗推力矩和最大抗拉力与倒伏率的相关系数分别为-0.971、-0.873。在密度105000株/hm2时,最大抗推力矩、最大抗拉力与倒伏率相关系数分别为-0.991、-0.927。结果表明,以最大抗推力矩作为评价抗倒伏能力指标优于最大抗拉力。在田间试验基础上,以最大抗推力矩为试验指标进一步开展装置可靠性验证试验,试验结果与现有研究结论一致。     

种植模式及灌水频次对冬小麦抗倒性的影响

为了研究高效节水灌溉模式对冬小麦抗倒伏能力和产量的影响,采用2种种植模式(宽幅精播种植和常规种植),每种种植模式设3种灌溉处理(拔节期、抽穗期和灌浆期各灌溉40 mm,拔节期和抽穗期各灌溉60 mm和拔节期一次灌溉120 mm),进行了灌溉频次和宽幅精播对冬小麦生育后期茎秆主要物理性状参数、机械强度、抗倒伏指数、产量及产量构成因素等的影响研究.结果表明,灌溉总量一定情况下,抽穗期、灌浆期和蜡熟期的冬小麦重心高度随着灌溉频次的增加而降低,3次灌溉对冬小麦茎秆倒数第二节间外径影响最大;1次和2次灌溉下常规种植倒数第二节间机械强度均显著大于宽幅精播,而3次灌溉下的抗倒伏指数均大于1次和2次灌溉;冬小麦茎秆机械强度和鲜质量呈显著相关,抗倒伏指数和重心高度呈显著负相关;无论何种种植模式均为2次灌溉下的产量最高,相对于常规种植模式,在减少灌溉频次的情况下,宽幅精播种植模式可以通过提高穗数发挥增产潜力.研究表明,统筹考虑冬小麦茎秆抗倒伏能力和籽粒产量,拔节期和抽穗期各灌溉60 mm和宽幅精播相结合是一种有效的节水种植模式.     

蚯蚓运动特征仿生筛筛上玉米脱出物运动特性研究

为探究基于蚯蚓运动特征的仿生筛上玉米脱出物的运动特性,利用API实现了仿生筛在EDEM中的非简谐运动(两移动一转动),并采用CFD-DEM耦合方法对玉米脱出物在气流和仿生筛共同作用下的筛上运动进行了数值模拟。通过分析玉米脱出物的筛分过程,明晰了仿生筛对筛上玉米脱出物的运移机理。探究了玉米脱出物在仿生筛上不同区域的水平运移和竖直分层。数值模拟结果表明：玉米籽粒、芯和茎秆在仿生筛上的平均水平速度分别为0.63、1.60、2.51 m/s,有利于籽粒和杂余沿筛面水平分离和分散;玉米脱出物在筛体前部的平均水平速度最大,为1.71 m/s,表明仿生筛能够将筛体前部的玉米脱出物快速向后运移以减少进料端堆积;随着玉米脱出物由筛体中部运动到筛体尾部,玉米籽粒平均竖直位移降低20.61 mm,而芯和茎秆平均竖直位移却分别增大9.84 mm和5.70 mm,籽粒和杂余在竖直方向上的分层明显;通过高速摄像分析了玉米脱出物在仿生筛上的运动状态,并提取了玉米脱出物在筛体前、中部区域的平均水平速度,其变化规律与数值模拟结果基本一致,验证了仿生筛对筛上玉米脱出物的运移机理。当仿生筛清选装置入口气流速度为12.8 m...     

小麦茎秆变刚度模型与临界载荷

在对麦类作物茎秆整体抗倒性的研究中,针对作物茎秆结构参数如弹性模量、惯性矩、节间长度以及载荷分布等在不同节间的变化情况,建立了变刚度杆件模型,采用初参数法对该模型的临界载荷作了分析.通过对乳熟期的小麦品种晋农190的测试,得到了其在不同节间位置处的结构参数,采用变刚度模型对该品种的承重能力作了计算,得到该品种的安全系数为1.97,表明该品种有较强的抗倒伏能力.针对该品种茎秆各节间局部失稳的分析表明,该品种在自重及穗重作用下很难发生Brazier屈曲.     

微喷补灌水肥一体化下水氮管理对夏玉米茎秆抗倒伏研究

【目的】建立黄淮海平原水肥一体化条件下适宜夏玉米高产高抗倒伏的水氮管理模式。【方法】设置微喷补灌水平(W)和施氮量(N)2个因素,即播种时、拔节期、大喇叭口期和抽雄吐丝期补灌4次(W1),播种时和大喇叭口期补灌2次(W2),施氮量210 kg/hm²(N1)和150 kg/hm²(N2),研究了夏玉米不同生育期植株性状参数、茎秆倒数第3节间力学指标和抗倒伏指数、夏玉米原位抗倒伏力与倾斜角度、产量等指标,探究夏玉米抗倒伏能力与产量综合调优的水氮管理模式。【结果】N1处理显著降低了夏玉米抽雄期和成熟期的株高,以及抽雄期和灌浆期的重心高度;显著提高了成熟期的抗折力,灌浆期的穿刺强度和径向抗压强度,以及灌浆期和成熟期的抗倒伏指数,其中抽雄期、灌浆期和成熟期W1N1处理的抗倒伏指数较W2N2处理分别增加68.56%、15.01%、28.23%;N1处理显著提高了夏玉米抽穗期和成熟期不同倒伏角度下的抗倒伏力,以及不同生育期的临界抗倒伏力,其中抽雄期、灌浆期和成熟期W1N1处理较W2N2处理的临界抗倒伏力分别增加44.03%、48.40%、30.49%;采用抗倒伏指数和临界抗倒伏力的综合评价表明,不同生育期W1N1处理综合抗倒伏能力最高,W2N2处理最低;采用抗倒伏指数、临界抗倒伏力以及产量的综合评价表明,成熟期W1N1处理和W2N1处理综合抗倒伏能力明显高于W1N2处理和W2N2处理。【结论】综合抗倒伏能力、作物需水及水肥一体化等因素,W1N1处理是实现抗倒伏和籽粒高产最优组合方案。     

玉米抗倒性检测环境的选取方法

倒伏是玉米的重要胁迫之一，为提高玉米新品种抗倒性检测的效率，需选择倒伏胁迫高发环境作为测试环境。该文结合倒伏胁迫发生机理和大风概率统计模型，首先计算每个气象站点的因风倒伏概率，通过插值和区域统计，得到东华北、黄淮海两大玉米主产区各县区的因风倒伏概率，最后进行玉米抗倒性检验环境的选取分析。结果表明：倒伏胁迫概率超过60%的县区适宜作为玉米抗倒性检测的备选环境，只需3～5个点即可基本保证每年试验都会发生倒伏胁迫；黄淮海发生极严重倒伏胁迫的平均概率高于东华北，与实际情况吻合，两大区域可作为极严重倒伏胁迫检测环境的备选县区有54个，严重倒伏有16个，一般性倒伏有21个；本方法为测试环境选取决策提供了一种量化操作的手段，有助于提高测试环境倒伏胁迫的发生概率和新品种抗倒性检测的效率，降低应用风险。     

基于改进Unet的小麦茎秆截面参数检测

针对小麦茎秆截面显微图像分割过程的复杂性,融合ResNet50和Unet网络构建维管束和背景区域的语义分割模型Res-Unet,搭建对小麦茎秆截面、髓腔、厚壁和背景的语义分割模型Mobile-Unet,可实现对小麦茎秆截面尺寸、髓腔尺寸和维管束面积等微观结构参数的检测。针对小麦样本数据集,通过深度学习中迁移学习的共享参数方式,将训练好的ResNet50网络权重应用到茎秆截面切片图像的网络模型上。结果表明,与同类方法相比,相关参数在精度上均有较大提升,全部参数的识别率超过97%,最高可达99.91%,平均每幅图像检测只需21.6s,与已有图像处理方法（110s）相比,处理速度提升了80.36%。模型评估的准确率、召回率、F1值和平均交并比均达到90%。本文方法可用于小麦茎秆微观结构的高通量观察和参数测定,为作物抗倒伏研究奠定了技术基础。