棉秆起拔力关键因素的研究及试验

棉秆起拔力是设计棉秆拔秆收获机械的一个重要指标参数。为了研究收获期的棉秆高度、棉秆直径、土壤含水率、土壤坚实度等因素对棉秆起拔力的影响,在新疆农垦科学院的试验田进行了棉秆起拔力的测试试验,采集了其中5块试验田棉秆起拔力、棉秆直径、土壤坚实度、土壤含水率和棉秆高度的数据。试验结果表明:在已测得5块试验田的数据中,第3组棉秆起拔力最大,单株棉秆最大起拔力为821.1 N,平均起拔力为534.49N;第2块试验田的棉秆起拔力最小,单株棉秆最大起拔力为7 2 6.1 N,棉秆平均起拔力为473.62 N。对已获取的5块试验田数据做的回归分析表明:同一块试验田的棉秆起拔力与棉秆直径成正相关关系;土壤含水率越高,起拔力越小;土壤紧实度越大,起拔力越大;棉秆高度与棉秆直径成正比。     

棉秆拔除相关技术研究现状

棉秆拔除是棉秆收获的关键技术和首道工序,研究棉秆拔除技术对棉秆资源化利用具有重要意义。棉秆拔除效果与棉秆、土壤的物理特性参数以及拔秆机构的结构形式、工作参数密切相关。当前缺乏合适的棉秆拔除机械,制约了棉秆资源的收集和利用。本文从棉秆力学特性、棉秆拉拔阻力以及拔秆机构三个方面对现有棉秆拔除相关技术研究现状进行梳理分析,并对其发展前景和研究方向进行展望,建议开展系统性研究,为棉秆拔除机构的设计与应用提供理论依据。     

棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%～50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5～25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%～55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5～27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x_1+23.89125x_2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。     

棉秆起拔力的影响因素与试验研究

为了探讨棉秆直径、土壤条件(土壤含水率与土壤坚实度)、棉秆起拔角度对棉秆起拔力的影响,设计了一种简易棉秆起拔力测量装置并在田间对棉秆进行了起拔阻力测试试验。以棉秆直径、土壤条件为影响因素对棉秆起拔力分别进行单因素试验分析,并在单因素试验的基础上,采用二因素三水平正交试验方法,研究分析了棉秆起拔角度、土壤环境条件对棉秆起拔力的影响。试验结果表明:棉秆起拔力随着棉秆直径的增大而增大,并呈正线性相关关系;棉秆起拔角度、土壤条件对棉秆起拔力影响显著,主次顺序为棉秆起拔角度、土壤条件;试验条件下最佳起拔角度为30°,最佳土壤条件为土壤含水率16.8%、土壤坚实度330kPa。该研究为棉秆收获机械的设计及其作业时间提供了参考,有利于减少功率消耗及提高棉花秸秆的收获效率。     

两种拔秆机构功耗及拔秆效果对比分析

文分析了两种拔秆机构的功率及阻力消耗,为设计拔棉秆机提供参考。试验表明:铲刀拔秆机构阻力消耗小,但在实际生产重易挂棉秆,产生壅土现象;提辊拔秆相对铲刀机构阻力消耗大,但工作平稳可靠。     

棉秆起拔力关键因素的研究与试验

棉秆起拔力的研究为设计棉花拔秆收获机械提供了一个重要参数依据。对棉秆起拔力的影响因素主要有棉秆直径、土壤含水率及起拔角度等因素。试验地点在新疆库尔勒尉犁县的试验田中进行,棉秆品种为新陆早45号,以棉秆直径和土壤含水率为影响因素进行单因素试验。分别在土壤含水率为25.3%、21.2%、15.8%,起拔角度为30°、45°、60°,起拔线速度为114.9、153.4、192.1mm/s条件下,进行三因素的试验组合。试验结果表明:随棉秆直径变大,棉秆起拔力呈上升趋势。组合试验结果显示:起拔角度对棉秆起拔力影响最为显著,土壤含水率比棉秆的起拔线速度影响显著;试验范围内的最佳起拔角度为30°,最佳含水率为25.3%,最佳起拔线速度为192.1mm/s。试验研究结果可以为棉秆机械收获机构的设计提供参考,也可作为棉秆力学研究的试验装置。     

基于响应曲面法的移动式棉秆拔取力测试装置设计及试验研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下,棉秆回收机械急需深入发展等问题,设计一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置。以起拔阻力F作为响应指标,基于响应曲面分析法,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,选取起拔角度、机具前进速度、土壤含水率为影响因素,建立响应面三维模型,得出:棉秆起拔角度、土壤含水率、前进速度的p-vaule分别为0.001 6、0.006 4、0.002 3都小于0.05。各试验因素对棉秆起拔力影响显著顺序为起拔角度前进速度土壤含水率。大田试验结果表明棉秆测力装置最佳的起拔条件:前进速度为1.0 m/s,土壤含水率17.86%,棉秆起拔角度30.03°,平均起拔力为343.764 N,误差小于5%,该装置为棉花秸秆收获机械的研究提供依据及实验参考。     

前置式皮带夹持输送棉秆起拔机设计与试验

为解决棉秆起拔机拔断率高、起拔后铺放散乱的问题,基于带夹原理设计了一种前置式皮带夹持输送棉秆起拔机。该机关键部件为起拔输送机构,作业时通过皮带将棉秆夹持拔出,随后将其输送至机具一侧,有序铺放到地面上。首先分析棉秆起拔过程中产生漏拔及拔断的原因,其次进行拔秆机理理论分析,确定影响拔秆效果的主要因素及其取值范围。在棉花高度为750mm、根部直径为10mm、棉秆含水率为25%~35%的试验地进行正交试验,进一步研究各影响因素对棉秆起拔效果的影响。试验结果表明,优化后的参数组合为机具前进速度2.27km/h、张紧量71.26mm、主动轮转速244.98r/min,此时棉秆拔断率为3.53%,棉秆漏拔率为5.09%。验证试验表明,在参数组合为机具前进速度2km/h、张紧量70mm、主动轮转速250r/min条件下,棉秆拔断率为3.67%,棉秆漏拔率为5.32%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理,满足棉秆整株起拔的作业要求。     

夹持辊式棉秆拔取装置设计与试验

针对现有棉秆收获机械拔断率、漏拔率高,作业时需对行等问题,设计了一种夹持辊式棉秆拔取装置。该装置主要由棉秆拔取机构、棉秆输送机构组成,通过对棉秆拔取机构作业过程进行运动学与动力学分析确定了各零部件的结构参数与工作参数。为了验证棉秆拔取装置工作的可靠性与作业性能,以机具前进速度、上拔秆辊转速、机具前进速度与拨秆轮线速度比值(简称速比)作为试验因素,棉秆拔断率、漏拔率为试验指标进行了三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对棉秆拔取装置作业性能的影响,并进行了参数优化与试验验证。试验结果表明：影响棉秆拔断率的因素主次顺序为上拔秆辊转速、机具前进速度、速比;影响棉秆漏拔率的因素主次顺序为速比、机具前进速度、上拔秆辊转速。优化后的工作参数为：机具前进速度0.60 m/s、上拔秆辊转速46 r/min、速比0.50,以此参数组合进行田间试验,得到棉秆拔断率为3.68%,漏拔率为5.19%,与理论优化值相对误差不超过5%,研究结果可为棉秆拔取装置的设计提供参考。     

棉秆拔取力测试装置正交优化分析研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下、棉秆回收机械急需深入发展研究等问题,设计了一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置。在静置状态以土壤含水率、起拔角度和起拔线速度为影响因素,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,结果表明:棉秆起拔角度、土壤含水率、起拔线速度的P-vaule分别为0.00539、0.01949、0.02759,均小于0.05。极差分析表明:棉秆的影响因素由大到小的次序为起拔角度、土壤含水率、起拔线速度。大田试验结果表明:棉秆测力装置最佳的起拔条件为线速度119.2mm/s、土壤含水率25.3%、棉秆的起拔角度30°,此时平均起拔力为363N。该装置可为棉花秸秆收获机械的研究提供依据及试验参考。     

人的木薯块根拔起过程自适应调节机理的试验研究

为了探明经验丰富薯农块根拔起过程的自适应调节机理,采用田间物理试验(高速摄像、块根拔起过程测定)和问询调查相结合的方法,对有经验薯农的木薯块根拔起过程进行了试验研究,从而为木薯收获机械拔起控制系统设计提供依据。结果表明:对于不同土质和块根生长的情况,薯农木薯块根拔起自适应调节过程不同。薯农依据自身经验,先通过试探感知拔起难度,后确定和修正块根拔起方式,进行块根拔起过程控制。对于土质硬度小和块根长度短、生长深度浅的情况,试探阶段结束后,将块根拔起速度控制在一个适当的水平,把块根直接拔出。对于土质硬度较大或块根长度较长、生长较深的情况,试探阶段结束后,先进行抖动拔起,后对拔起速度进行修正,停止抖动操作,把拔起速度维持在一个适当水平拔出块根。对于土质硬度大或块根长度长、生长深的情况,试探阶段结束后,先进行抖动松土,使土壤破裂和破坏土壤与块根的粘附力,以减小土壤阻力和拔起难度,后修正拔起方式,加大抖动速度,把块根拔出。本文为木薯收获机械拔起速度控制系统设计提供了依据。     

4MG-275型自走式棉秆联合收获机切碎装置的研究

鉴于当前棉秆分散、收储季节性强的特点,现有小型棉秆收集设备已满足不了棉秆工业化利用的要求,因而研究开发了适应我国棉秆收集现状的棉秆联合收获机。其中,切碎装置为整机的关键部件。对棉秆联合收获机切碎装置的类型和结构进行研究,设计了适合棉秆切碎的平板滚筒式切碎器,并对切碎装置进行了动力学分析,确定其理论切碎长度为27mm,切碎滚筒直径为600mm,滚筒长度为720mm,转速为1 165r/min。试验结果表明:该切碎装置具有切碎性能好、切碎质量高以及工作可靠等优点。     

黄土丘陵区红枣经济林根系分布与土壤水分关系研究

为明确半干旱黄土丘陵区不同年龄无灌溉旱作矮化修剪密植枣林的根系分布范围与其土壤水分的空间关系,利用根钻法测定枣林株间不同深度的根系分布、枣树主干就近位置的根系量,并采用土钻取土和中子仪定位测定结合了解不同年龄的枣林10 m深度的土壤水分。结果表明:随着树龄增加,1、3、5、12 a枣树根系最大深度年平均增值在减小,12 a枣林垂直根系达520 cm。枣树株间100 cm处向下的根系深度较浅,枣林的垂直根系最大和最小值之差先增加后减小,12 a枣林垂直根系之差只有180 cm。研究区枣树株间水平根系在枣林3 a时开始交汇,枣树水平根系延伸无法确定,所得到的水平方向根系实际是枣林多株树汇集的根系。枣林垂直根系对土壤水分的垂直变化作用显著,但矮化修剪密植枣林株间根系深度差异并没有造成土壤水分因此而波动。随着枣树树龄的增加根系深度和土壤水分干层均增加,0~2 m土层的土壤水分年内变化幅度也增加,而且根层范围的土壤水分随着树龄增加在降低,但是土壤干层深度稍大于测得的根系深度。     

土壤紧实胁迫对玉米苗期生长与钙吸收的影响

为揭示玉米对不同土壤紧实胁迫的响应程度与机理,以钙素为依据,设置土壤容重分别为1.1、1.2、1.3、1.4和1.5 g/cm3等5个水平玉米盆栽试验,以探讨土壤紧实度对玉米苗期生长及对钙素吸收的影响.试验结果表明:玉米从播种到生长15d期间,其生长对土壤紧实并不敏感,而15d之后,地上部分生长速度随土壤容重增加而受到抑制;而根系生长也由于土壤的紧实胁迫而受阻,根系干物质质量下降,根系活力减小,影响钙素养分的吸收;玉米苗中全钙含量最高值(1.67％)出现在容重1.2 g/cm3处理中,土壤紧实的增加会导致根系活性减小,从而使作物根系对钙素的吸收减少、作物抗性下降,导致作物提前衰老.因此,土壤容重影响土壤中养分的有效性,土壤过松或过紧均不利于作物的生长.     

Spatial root distribution of mature apple trees under drip irrigation system

The study was undertaken in order to quantify the effect of 12-year irrigation by drip emitters placed on one side of the tree trunk on the rooting pattern of Gloster apple trees (Malus domestica Borkh) grafted on M26 rootstock under the conditions of south-west Poland. The orchard was established in 1994 and since 1995 was drip irrigated under three treatments: V0 - without irrigation (control), V1 - intensive irrigation, and V2 - economical irrigation. In March 2007, after 12 years of irrigation, a profile trench observation method was used to map the number and the location of root distribution in clay loam (Luvisol) soil.The root system architecture was largely affected by irrigation. In case of the trees irrigated intensively (V1), the study showed asymmetry in the distribution of roots of diameter <1 mm and 1-3 mm. In V1, shallow root system, concentrated in the wetted zone developed on the irrigated side of the tree, where on the side of the tree trunk opposite the emitter trees developed significantly larger numbers of roots, which penetrated deeper soil layers. There were no statistically significant differences in the number of roots between both sides of the tree trunk under the treatment with economical irrigation (V2). Moreover, spatial roots distribution over the entire soil profile was found to be the most uniform compared to the other experimental treatments (V0 and V1). Finally, the study examined the relationship between root system and yield. Obtained results showed that in the 3-year period less frequent water application (V2) resulted in the highest yield.     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

Wheat root growth,grain yield and water uptake as influenced by soil water regime and depth of nitrogen placement in a loamy sand soil

Root growth, grain yield and water uptake by wheat in relation to soil water regime and depth of nitrogen (N) placement were studied in metallic cylinders filled with loamy sand soil. Root-length and -weight densities were greater under irrigated than under unirrigated conditions and they increased with deep placement as compared to surface mixing of fertilizer N. The differences were relatively larger in the deeper than in the upper soil layers and increased during later stages of plant growth. Under non-irrigated conditions, constant water table at 100 cm depth produced maximum root growth in the top 30 cm soil. Water uptake rate increased with increase in root density depending on root age and soil water status. Dry matter accumulation at different stages of plant growth and grain yield varied significantly with moisture regime and depth of N placement. Deep placement of fertilizer N under shallow water table and non-irrigated conditions caused greater root growth, better water utilization and a higher production.     

不同轻微损伤方式下鲜枣整果力学特性的研究

考虑鲜枣在采摘和运输过程中造成损伤的可能性,针对4种轻微损伤方式下的壶瓶枣在贮藏过程中力学特性的变化进行了研究。应用质构分析仪对壶瓶枣进行压缩-穿刺实验,得到贮藏期间壶瓶枣整果的最大穿刺力(坚实度)、果皮脆性、果肉最大硬度和果肉平均硬度4个主要力学参数的变化及相互关系。结果表明:(1)壶瓶枣整果最大穿刺力与果皮脆性、果肉最大硬度、果肉平均硬度均呈显著正相关(R=0.888~0.962),与果皮脆性的相关性程度最高(R=0.962);壶瓶枣整果的果皮脆性与果肉最大硬度、果肉平均硬度也具有较好的相关性(R=0.969~0.987),且存在显著的正相关性。(2)4种损伤方式下的自变量果皮脆性、果肉最大硬度和果肉平均硬度解释了最大穿刺力的总变异性的99.6%、96.6%、98.4%和80.6%。(3)贮藏期间壶瓶枣整果各项质地参数总体呈下降趋势,且4种损伤方式的质地参数下降规律有所差异性。因此,质构仪分析法能很好地反映壶瓶枣整果各项质地参数变化规律,适合于评价不同轻微损伤方式下的壶瓶枣贮藏期间整果质地变化情况。     

Relationship between root uptake-weighted mean soil water salinity and total leaf water potentials of alfalfa

Summary Alfalfa was grown in five laboratory soil columns and irrigated at a fixed average amount per day. One column received tapwater at 6-day intervals; the others saline water (h _o=–12 m) at intervals of 4, 6, 8, and 12 days. The alfalfa was harvested at 24-day intervals. The resulting widely varying distributions of soil water content, pressure potential and osmotic potential were measured in detail. From these data variously weighted mean soil water potentials were calculated and correlated with measured total leaf water potentials. This indicated that in the moist, saline soil columns the alfalfa plants tended to maximize the root uptake-weighted mean total soil water potential and, since the pressure potentials were generally high compared with the osmotic potentials, also the uptake-weighted mean osmotic soil water potential (minimize the uptake-weighted mean salinity). For the drier nonsaline soil column the leaf water potentials were much lower than expected from the soil water retention function. This was attributed to dominant resistance for water flow through the soil and across the soil-root interface.