圆形喷灌机泵注式施肥装置设计与田间试验

圆形喷灌机水肥一体化作业时对喷洒肥液均匀性有较高要求,需要采用比例施肥装置,确保注入喷灌机的肥液流量保持恒定。为此设计了基于柱塞式注肥泵的泵注式施肥装置,并以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为变量,进行了圆形喷灌机应用泵注式施肥装置的喷灌施肥均匀性试验。结果表明,圆形喷灌机停止状态下,注肥泵电源频率50 Hz运行时,3种注射喷嘴孔口直径和3种安装位置的组合工况下喷灌施肥的均匀系数CU为99.00%~99.65%,变异系数CV为0.46%~1.37%,其中当注射喷嘴孔口直径为2.5 mm、安装在进水管水平段位置的工况时获得的喷灌施肥均匀性最佳。圆形喷灌机行走状态下,测得单列雨量筒喷灌施肥均匀系数C*UH为88.77%~90.66%,表明圆形喷灌机采用泵注式施肥装置能够获得较高的喷灌施肥均匀性。此外,通过对比注肥泵电源频率在50 Hz和46 Hz时的喷灌施肥均匀性,发现喷头喷洒肥液的电导率总平均值与电源频率之间具有显著的正相关性,表明改变注肥泵的电源频率是圆形喷灌机实现高均匀度变量喷灌施肥的一种有效途径。     

基于正交试验法下对喷灌均匀性影响因子的综合分析

为了优化轻小型平移式喷灌机组灌溉施肥工况,在喷灌工作压力为0.25 MPa,比例吸肥泵进出口压力为0.22 MPa情况下,设计正交试验以研究施肥浓度、喷头车行走速度和喷灌高度3个因素对轻小型平移式喷灌机组水肥一体化性能的影响;对试验结果进行极差分析和方差分析,获得三因素的最佳水平组合并对比三因素影响因子大小.试验结果表明:(1)影响轻小型平移式喷灌机组肥液浓度均匀度(CU₁)及肥液浓度分布均匀度(DU₁)的主要影响因素是喷灌高度,而施肥浓度和行走速度对其影响较小,显著性均大于0.05.(2)影响肥液质量均匀度(CU₂)最主要因素是喷头车行走速度,其次是喷灌高度,而施肥浓度对其影响不具有统计学意义.(3)施肥浓度、喷灌高度和行走速度对肥液质量分布均匀度(DU₂)影响因子显著性均大于0.05.(4)最优施肥技术水平组合为A1B2C2,即施肥浓度为0.4 g/L,喷灌高度为1.2 m,行走速度为30 m/h.     

棉花分层施肥机的研制与试验

针对新疆棉花现有的施肥模式,存在肥料利用率低,在土壤深处分布不均匀等问题。设计一种能够实现开沟、分层施肥、覆土等连续一体化作业的棉花精准对行分层施肥作业机。该机械防堵性能好、施肥深度稳定、可实现种肥同行且肥量稳定。对棉花精准对行分层施肥机进行了田间试验,试验结果为:断条率为0,施肥平均深度为8 cm与13 cm,施肥均匀度变异系数为6.5%,上、下层肥量比为2:3,施肥量为25 kg/667m~2,节肥37.5%。     

多通道比例施肥机设计与试验

针对目前比例施肥机性能参数差异大、自动化程度不一等突出问题,设计出一种具有"吸肥泵+注肥泵"双泵协同泵送系统的多通道比例施肥机,检测系统创新采用了探入式微管取样器设计,并对施肥机系统压力、流量及EC/pH控制精度和浓度调节响应时间进行了试验。结果表明:EC控制精度8%,pH控制精度±0.1,EC/pH调节响应时间120 s,水肥调节精准、响应快速、注肥均匀、运行稳定,能够满足大田、温室等不同灌溉规模用户的水肥一体化需求。     

水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验

依据现代农业生产中作物施肥与灌溉融为一体的发展趋势,对水肥一体化施肥机的关键部分—吸肥系统进行结构设计及吸肥通道的变量吸肥展开研究。设计了基于射流器并联的水肥一体化施肥机三通道吸肥系统,通过Solid Works三维软件建立水肥一体化水肥一体化施肥机三通道吸肥系统三维结构,并应用Flo EFD对吸肥系统吸肥性能进行仿真分析。构造了5种边界条件方案进行吸肥性能仿真分析对比,并以进口压力0. 5MPa出口压力0. 1MPa为例进行性能试验,结果表明:吸肥系统各通道吸肥精度最高可达98. 1%。对三吸肥通道的变量吸肥进行了控制器及管道机械部件的设计,并通过试验验证其可行性,旨在为水肥一体化施肥机的深入研究和发展提供参考。     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥器结构优化与性能试验

为了优化水肥一体化灌溉施肥机并提高其吸肥性能,在分析文丘里吸肥器工作原理基础上,依据经济流速流量对照表,综合考虑施肥装置及管路系统的沿程损失与局部损失,以吸肥流量为评价指标,应用CFD数值计算对影响系统吸肥性能的关键核心部件文丘里吸肥器的渐缩角α、渐扩角β、喉部直径d0进行单因素性能优化设计,获得了3个主要结构参数对其吸肥性能的影响规律;通过三因素三水平的正交试验方案,得出基于CFD数值计算的文丘里吸肥器最优结构参数组合,渐缩角α为20°、渐扩角β为8°、喉部直径d0为6 mm,且当吸肥管与文丘里主管道呈40°倾角时吸肥性能最优。模拟数据与水肥一体化灌溉施肥机运行数据表明,CFD数值优化后的文丘里吸肥器吸肥流量提高约38.6%,与模糊自动控制系统相配合的水肥一体化灌溉施肥机的吸肥流量总体提高约47.6%,节能效果显著。     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

水肥一体化自动精准灌溉施肥设施技术的研究和实现

水肥一体化精准灌溉施肥技术是将施肥与灌溉结合在一起的一项精准农业新技术,它借助灌溉系统,将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起均匀、准确输入到作物根部土壤,有效控制灌溉水量和施肥量,提高水肥利用效率。本文论述了水肥一体化精准灌溉施肥基本构成以及应用成效,自动精准滴灌施肥机的工作原理、技术性能。对施肥装置、混合装置、过滤装置、EC/PH检测监控反馈装置、精准灌溉施肥模糊控制技术进行探索研究,提出了实现水肥一体化自动精准灌溉施肥主要技术途径。     

20PY2摇臂喷头掺气情况下的低压喷灌效果

20PY₂掺气喷头是以20PY₂摇臂喷头结构为基础,引入气液两相流理论得到的一种喷头.以20PY₂掺气喷头为研究对象,研究其低压下的喷灌效果,并对比摇臂喷头的喷灌效果.试验评价指标:平均喷灌强度、蒸发漂移量、喷灌均匀系数及分布均匀系数;变量:工作压力和组合间距.试验结果表明:与摇臂喷头相比,掺气喷头的射程变化不大,但掺气喷头的平均喷灌强度随工作压力递增,随着组合间距递减;低压下,掺气喷头在风速为1 m/s时的蒸发漂移量约为5%,其组合喷灌的最佳工作压力和组合间距分别为300 kPa和1.1R.掺气喷头喷灌强度峰值与谷值的阶梯性较好,同等数量测点的喷灌强度峰值区间和谷值区间平均值趋向于平均喷灌强度,峰值区间和谷值区间喷灌强度在灌溉总强度中的占比分别低于和高于摇臂喷头.因此,喷灌效果优于摇臂喷头.     

水肥一体化施肥机关键部件的设计与试验

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的现代农业新技术,在农业生产中提高水肥利用率、减少环境污染等方面具有重要意义。本文对水肥一体化技术中的关键装置展开研究,运用Solid Works三维设计软件建立基于射流泵并联的三通道旁路吸肥式施肥机混肥系统结构,并运用Flo EFD对其进行流场仿真分析及系统性能试验验证,建立有效的混肥系统参考模型。试验结果表明,在2.2 k W抽吸泵作用下,该系统能够实现对水及单元素液肥的稳定均匀吸取功能,且三通道吸肥量实际值与仿真值的最大误差为2.06%,验证了混肥系统结构设计的可行性,为自动施肥机的设计与优化提供了参考。     

水动注入式滴灌施肥机水肥均匀性研究

为了探究在灌溉系统中水动注入式滴灌施肥机灌水与施肥的分布特征,在整个灌溉施肥周期进行测试,对各滴头进行连续取样,并采用光度比色法作为检测肥液浓度的方法,从而分析灌水和施肥均匀性。结果表明:施肥机的灌水和施肥均匀性良好,各项统计指标均在98%以上,且各滴头的灌水流量与施肥量受滴头到支管进口与毛管进口的距离影响。     

渐缩式比例施肥器的设计与试验

【目的】解决压差施肥罐施肥质量浓度随时间衰减的问题。【方法】采用在压力罐中设置可变形的肥袋,压力罐、肥袋与主管连接点中间设置减压阀的方法,研制了一种通过压力罐向管道注肥的渐缩式比例施肥器,实现了比例施肥。理论分析了其并联特性,在此基础上试制了样机,开展了性能试验,测试了4种管道工况下施肥质量浓度变化。【结果】可变形肥袋起到了水肥分隔、水肥等量置换作用,其水力系统为并联管道系统,当结构形式一定时,施肥比例是常数,其仅与2个支路管径以及局部损失系数有关,不受来水管道压力、流量变化影响,同一工况、不同时刻出水管道肥液质量浓度最大偏差为4.7%,来水管道工况变化时平均质量浓度最大偏差为3.5%,属于均匀施肥,施肥器的最大水头损失为0.47 m,施肥比例可在0～10%范围内调节。【结论】研制的渐缩式比例施肥具有施肥质量浓度稳定、水头损失小,适合各种管道压力的特点,可应用于设施农业喷灌、滴灌系统加药、施肥。     

射流式喷头水量分布动态仿真及试验

【目的】研究工作压力,喷头组合间距、组合斱式和旋转速度对射流式喷头及多喷头组合喷灌均匀性系数(CU)和分布均匀系数(DU)的影响。【斱法】采用不同工作条件下单喷头和多喷头组合喷灌水量分布的动态仿真代码,对射流式喷头开展了水力性能试验;研究了射流式喷头在不同工作压力及安装高度条件下对喷灌强度、水量分布的影响;建立了水量峰值强度与工作压力的回归关系式;模拟了单喷头在正斱形和三角形组合喷灌下的空间水量分布。【结果】喷头在1.5 m安装高度、100~300 kPa压力条件下,水量峰值集中在5 mm/h附近,标准偏差(STD)为0.23。喷头在100 kPa工作压力,安装高度为1.1、1.3 m的水量峰值强度分别可高达8.9、10.5mm/h。不同工作压力下的单喷头喷灌的DU和CU标准偏差分别为15.5%、9.3%,且DU对压力的变化相对更为敏感。【结论】在实际喷灌工程中正斱形组合喷灌的间距应小于8m,三角形组合喷头之间的间距应布置在8m附近,此时的喷灌均匀度最高,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。     

柱塞式注肥泵的设计试验及精准施肥应用

为解决水肥一体化应用中施肥流量随着灌溉管道工作压力变化而波动导致施肥浓度不均匀的问题,设计了一种额定流量为300 L/h、最大工作压力为1.0 MPa的柱塞式注肥泵,对柱塞泵进行不同行程比例和电源频率下的工作流量试验,建立了工作流量与电源频率、行程比例及灌溉管道压力的拟合公式.结果表明:研发的柱塞泵工作流量与电源频率、...     

压力对低压喷头水量分布模型影响的试验研究

为研究喷头压力对水量分布模型的影响,以低压喷头为例,对其进行水力性能试验.通过计算矩形组合下不同压力的喷灌组合均匀系数C_u和组合分布均匀系数D_u,探索喷头压力对水量分布模型的影响.结果表明:对于低压喷头,喷灌强度随压力增大先逐渐增大,达到一定值后基本保持不变.在距喷头不同距离时,不同压力下的喷灌强度变化情况不同.在低压范围内,压力对喷灌组合均匀系数和组合分布均匀系数的影响较明显.在100~200 kPa范围下,C_u和D_u均随着压力的增大而增大.在200~300 kPa范围下,C_u与D_u均变化不大.最终提出二者的函数关系式,为多因素下水量分布模型的建立提供理论依据.     

驱动板倾角对负压反馈喷头水力性能影响试验研究

为了探究射流脉冲喷头驱动板不同倾角及其对喷头水力性能的影响并找出水力性能最优驱动板倾角,采用正交试验法设计了6种不同倾角α(7°,10°,13°,16°,19°,22°)的驱动板,与副喷嘴整体加工实物,分别进行了在不同进口压力下的水力性能试验.试验采用多因素分析法,将喷头射程、喷灌均匀度、喷灌强度作为评价指标,对6组驱动板的试验结果进行分析.结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,喷头射程(13.0~15.0 m)、进口流量(1.27~1.77 m³/h)、喷灌强度(2.38~2.51 mm/h)与驱动板倾角无关.随着驱动板倾角增大,副喷嘴喷洒水量向近处集中,喷灌均匀系数呈先增加后减小的趋势;当α为16°时,喷灌均匀系数最大,喷头的水力性能最优.     

肥液浓度和生物质掺混量对微润灌溉入渗特性的影响

为了探明肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉土壤水分入渗特性的影响,采用室内土箱模拟试验的方法,设置3个肥液质量浓度水平(清水F₀:0 mg/L,低浓度F_L:200 mg/L,高浓度F_H:400 mg/L)和4个生物质掺混质量比水平(自然风干土B₀:0 g/kg,低掺混量B_L:15 g/kg,中掺混量B_M:30 g/kg,高掺混量B_H:45 g/kg),以发酵腐熟花生壳粉末为掺混生物质,研究微润灌溉的水分入渗速率、累积入渗量、湿润体体积以及湿润体质量含水率的分布特征.试验结果表明:肥液质量浓度和生物质掺混质量比对微润灌溉的初始入渗速率、稳定入渗速率、累积入渗量和湿润体质量含水率均值影响均具有统计学意义.与水平F₀B₀相比,增加肥液质量浓度和生物质掺混质量比可提高初始入渗速率13.02%~44.85%、稳定入渗速率13.50%~48.78%、累积入渗量5.65%~56.62%和湿润体质量含水率均值6.62%~30.09%;不同入渗时间内的累积入渗量符合Kostiakov模型;湿润体体积随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大,且湿润体体积与入渗时间呈二次多项式关系;湿润体剖面面积和灌水均匀系数随肥液质量浓度和生物质掺混质量比增大而增大.     

太阳能喷灌系统供给能源与水力性能关系

为了解决太阳能喷灌系统应用中无法对喷头水力性能进行有效预测的问题,以光照强度为影响因素,太阳能喷灌系统泵出口流量、泵出口压力、喷洒射程、水量分布及系统灌溉均匀性系数为评价指标,通过在夏季典型天气25~36℃下的系统水力性能试验,寻找不同光照强度下系统喷洒水力性能的变化规律,获得系统最佳工作状态下所需光照强度.试验结果表明:随着光照强度的增大,系统流量及泵出口压力均增大,泵的流量和压力随光照强度的变化规律基本符合指数分布规律.当光照强度大于900.0 W/m²时,系统流量、泵出口压力、射程及水量分布基本保持不变.获得了平均光照强度与均匀性系数函数关系,当光照强度大于900.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数大于88%.当光照强度为200.0~600.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数为76%~82%.太阳能喷灌系统在光照强度大于200.0 W/m²时可正常工作.该研究为改善太阳能喷灌系统水力性能,促进太阳能喷灌系统在实际工程中的推广应用提供了参考.     

溶解混施水肥一体化装置施肥性能试验研究

为了了解溶解混施水肥一体化装置的性能,以装置出口水肥溶液浓度的均匀性作为衡量装置施肥性能的主要参数,采用控制变量法,研究滤网桶参数、进口流量及加料器对装置施肥性能的影响.结果表明:采用60目的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比40目的高6.1%;采用250 mm的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比150 mm的高4.3%;相比于流量为2.5,2.0 m³/h,采用1.5 m³/h时,出口水肥浓度均匀系数分别高了12.6%和17.3%;使用加料器时,装置出口水肥浓度的均匀系数比不使用加料器加肥时高了9.9%.因此滤网桶的参数、流量均对装置施肥性能有明显的影响,滤网桶网孔数越多,滤网桶直径越大,流量越小,装置出口水肥溶液浓度的均匀系数越大,装置的施肥性能越好.