耦合CFD-DEM的气力式种肥穴施装置投肥路径分析与试验

穴施肥装置气力投肥过程要求气流将肥团从肥腔中全部清出并尽量减小肥料在土壤中的分布长度,为明确不同投肥路径下投肥机构内流场分布及其对肥团运动的影响,该文运用CFD-DEM耦合方法,根据出肥管与肥盘接触面的不同,对比分析了不同入口风速（4、6和8 m/s）下侧投肥和底投肥2种投肥路径下机构内流场和颗粒的运动特性,结果表明：当肥腔与进气端面接触面积较小时,肥腔内气流流速和颗粒扰动过大,出现颗粒“倒流”现象;随接触面积增大,肥腔内气流流速和颗粒扰动逐渐减小,投肥趋于稳定;当入口风速较小时,2种投肥路径投肥性能均相对较差;随入口风速增大,两者清肥率和肥料成团性能均明显提高,当入口风速达到8 m/s时,底投肥方式清肥性能优于侧投肥方式,而肥料成穴性能却低于后者。室内台架试验表明其投肥性能指标的变化规律与仿真试验相吻合,且入口风速达到8 m/s时,侧投肥方式的清肥率和肥料分布长度分别为85.5%和9.9 cm,底投肥方式分别为87.1%和11.4 cm。仿真和台架试验结果为后续投肥路径的设计和优化提供了理论依据。     

基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割

作物行的识别是农业机械视觉导航系统的一项重要研究内容,针对华北一年两熟区玉米利用联合收获机留茬收获后,农田原始图像中背景目标多(行间秸秆、裸露地表等),且背景目标与玉米根茬颜色接近,难以实现玉米根茬行准确快速分割的问题,该文采用RGB颜色空间,以根茬顶端切口为目标,提出了一种基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割方法。首先,为了降低图像分割难度,选取图像中间位置包含一条完整玉米根茬行的矩形区域作为感兴趣区域(region of interest,ROI);然后,利用经过遗传算法优化得到的灰度化算子对ROI进行灰度化,采用单阈值法分割ROI;最后,通过形态学腐蚀处理去除孤立点、毛刺等误分割情况,同时利用基于连通域面积阈值和偏距阈值的滤噪方法滤除根茬行两侧噪声,实现玉米根茬行的有效分割。为评价该分割方法,利用从农业部河北北部耕地保育农业科学观测实验站采集到的200幅玉米根茬行图像进行试验。结果表明:该方法能够较好的适应晴天光照条件变化,从含有裸露地表、玉米行间秸秆等复杂背景下,准确快速地分割出玉米根茬行,平均相对目标面积误差率为24.68%,处理一幅1280像素×1 024像素的彩色图像平均耗时为0.16 s,具有较好的鲁棒性、实时性和准确性。研究结果验证了基于遗传算法和阈值滤噪方法实现玉米利用联合收获机留茬收获后根茬行图像分割的可行性,并为玉米根茬行直线检测提供良好的基础。     

地球资源卫星TM资料在林业资源调查中应用潜力的初探

<正> 一、前言地球资源卫星发射以来,由于其提供信息有宏观、快速、多谱段、多时相等特点而引起了人们高度重视,众多学者围绕其所提供的MSS资料的应用进行了多方面的试验研究工作,积累了大量经验,并且取得了一些可喜成果,但是,由于MSS资料的分辨率问题,在林业资源调查中并没有获得明显的突破,相当多的研究成果处于潜生产力的研究阶段,使其实际应用受到了限制。     

玉米茬地免耕播种机具导向系统设计与试验

设计了一种由机具导向架、液压系统和以DSP为核心的控制单元组成的机具导向系统.根据与该系统配套的拖拉机确定了机具导向架的基本参数,并通过对机具导向架外框不同位置的受力分析得出该系统可以推动的最大负载满足机具田间作业的要求.以JDT654L型拖拉机为试验平台,进行了系统性能试验.结果表明,机具导向架的调节范围为-10.8°～10.7°;该系统换向平稳,换向时间短,对输入信号有较好的响应和控制精度,跟踪信号的最大误差角度不超过1.5°,能够实时地调整机具前进方向.     

小麦免耕播种机双导轨滑移式调偏系统设计与试验

针对华北一年两熟区玉米根茬地小麦免耕播种机作业时存在开沟器易堵塞、通过性差等问题,提出精准对行避茬的方法,设计一种小麦免耕播种机双导轨滑移式调偏系统。通过理论分析构建调偏横移机构的下悬挂臂力矩平衡、偏移距离及液压缸受力平衡方程,确定影响调偏横移机构提升性能与调偏性能的关键因素。调偏控制系统运用临界比例度法对PID控制进行参数整定,通过土槽试验平台对调偏控制系统的性能进行验证,超调量全部小于5%,平均响应稳态误差小于3mm,移动响应时间为2.8s。田间试验结果表明,当行间秸秆覆盖量、作业速度逐渐增大时,小麦免耕播种机的纵向调整距离和播种均匀性变异系数随之逐渐增大,避茬率逐渐减小,即当免耕播种机作业速度小于等于1.4m/s,行间秸秆覆盖量小于等于1.5kg/m2时,避茬率大于等于90%,纵向调整距离小于等于2.5m,小麦播种均匀性变异系数小于等于26.75%,可满足小麦免耕播种机的调偏作业要求。     

种子位置信息视觉检测系统开沟延时回土装置研究

针对机器视觉获取种子空间分布信息时,传统开沟器作业过程中,种子落入种床后,土壤快速回落覆盖种子,导致种床中种子原始图像采集困难的问题,设计了一种开沟延时回土装置,通过导土装置、压种装置和回土装置的配合作业,延长土壤回落时间,形成有利于原始图像采集的避让空间,并在图像采集完毕后将泛起土壤推回种床,保证土壤回填率,达到延时回土的目的。通过理论分析确定导土装置、回土装置等关键装置结构参数。以开沟速度、开沟深度、回土板转角为试验因素,开展土壤回填率离散元仿真试验,确定最优作业参数为开沟速度1.6m/s、开沟深度30mm、回土板转角40°。在最优参数组合下,进行土壤回填率田间试验和种子图像采集田间试验。结果表明,开沟延时回土装置土壤回填率为96.5%,开沟延时回土装置较未安装回土装置的开沟器土壤回填率提升39.6个百分点;工业相机可以在导土装置形成的避让空间中采集到种床中种子的原始图像。试验结果表明,设计的结构可以有效避免回落土壤对图像采集的影响,并保证土壤回填率,实现了种床中种子图像的采集,为计算机视觉技术检测播种作业质量奠定了基础。     

对辊挤压式砂姜黑土整地机设计与试验

针对砂姜黑土区土壤易形成坚硬土块,传统翻耕、旋耕作业后地表大土块过多,严重影响小麦播种质量的问题,设计了一种对辊挤压式砂姜黑土整地机,可一次性完成土块捡拾、筛分输送、破碎还田和平地镇压等作业.对整机关键部件进行了设计与分析,确定了入土铲刀、筛分输送装置和破碎装置等部件结构与工作参数,同时分析了土壤在筛分输送装置上的受力...     

免耕条件下轮胎压实对土壤物理特性和作物根系的影响

为研究免耕条件下轮胎压实对土壤物理特性及作物根系的影响,于2013—2016年在河北涿州免耕试验田设置免耕(NT)、免耕深松(STNT)、免耕压实(CNT)和免耕压实深松(CSNT)4种处理,分析4种处理对土壤水稳团聚体、土壤容重、土壤紧实度、作物根系生长的影响。试验结果表明,在3年的试验周期内,CNT处理对大团聚体含量的影响具有累积效应,随着耕作时间的增加,CNT处理各土层土壤大团聚体含量逐渐减小,在深度上CNT处理对大团聚体含量的影响深度逐渐增加,且CNT处理能够显著减小土壤团聚体平均质量直径(MWD);10~40 cm土层,CNT处理土壤容重明显高于NT、STNT、CSNT处理;0~30 cm土壤紧实度由大到小表现为:CNT、NT、CSNT、STNT,CNT处理平均土壤紧实度分别比NT、CSNT、STNT处理大38.2%、58.9%、59.4%;0~20 cm土层CNT处理玉米平均根系质量百分比分别比NT、STNT、CSNT处理大24.0%、24.9%、19.3%(P0.05),CNT处理20~40 cm土层平均根系质量百分比仅有11.6%;CNT、NT、STNT、CSNT处理小麦平均最大根长密度分别为0.63、0.83、0.84、0.83 cm/cm3。免耕条件下轮胎压实对土壤物理特性及作物根系生长影响显著,深松技术能够显著缓解压实,未受轮胎压实的免耕区域虽然能够增加土壤容重、紧实度,但影响不显著,短期内不需采取疏松措施。     

基于离散元的土壤模型参数标定方法

离散元法(EDEM)建立土壤模型过程中部分土壤颗粒参数直接测量难度较大,若基于间接测量的土壤参数值建立离散元土壤模型进行仿真,导致仿真结果误差较大。本文结合代理模型基本理论,提出一种离散元土壤模型的参数标定及优化方法,步骤如下:根据基本试验测定的参数建立离散元土壤模型;结合堆积角及剪切试验,利用模型仿真进行模型参数敏感性分析;以敏感性参数为变量,以真实试验测量值为目标值构造代理模型;通过高斯-牛顿迭代法进行参数优化。由敏感性分析结果知,代理模型自变量为土壤颗粒半径、颗粒间静摩擦因数及滚动摩擦因数,目标量为土壤堆积角、黏聚力、内摩擦角。以涿州保护性耕作试验站土壤(砂壤土)为原型,经优化建立的土壤模型变量参数值分别为:颗粒半径5.7 mm,颗粒间静摩擦因数0.45,滚动摩擦因数0.21。将建立的离散元土壤模型进行轮胎-土壤相互作用仿真模拟,分析轮胎-土壤接触面最大应力、平均应力,并通过田间试验进行验证,将接触面最大应力值、平均应力的仿真值与实际测量值进行比较,结果表明:虚拟仿真与实测值之间数值差异在5.1%以内,标定优化后的土壤模型能够近似代替真实土壤进行仿真。     

华北一年两熟区玉米秸秆覆盖对冬小麦生长的影响

于2014—2016年在河北涿州保护性耕作试验田开展了设置6种不同秸秆覆盖还田量:5 t/hm~2(全量还田,OM)、4 t/hm~2(80%还田,EM)、3 t/hm~2(60%还田,SM)、2 t/hm~2(40%还田,FM)、1 t/hm~2(20%还田,TM)及无秸秆覆盖地表(NM)的田间试验,分析了不同秸秆覆盖量对田间土壤含水率、冬小麦出苗率、叶面积指数(LAI)、根系生长及产量的影响。试验结果表明,秸秆覆盖量与土壤含水率之间呈线性关系,含水率随秸秆覆盖量增大而增大;冬小麦出苗率随秸秆覆盖量先增大后减小,FM处理出苗率最优,2014—2016年FM平均出苗率比TM、NM、SM、EM、OM分别大6.9%、10.0%、11.9%、23.8%、33.7%;2014—2016年冬小麦整个生长周期内,FM、TM、NM、SM、EM、OM处理平均LAI分别为5.3、4.5、3.6、4.0、3.3、3.0;2014—2016年FM、TM、NM、SM、EM、OM处理最大根长密度分别为0.98、0.95、0.93、0.93、0.86、0.67 cm/cm~3;2014—2016年FM处理冬小麦平均产量分别比TM、NM、SM、EM、OM高2.94%、7.56%、7.91%、11.50%、13.53%。适量秸秆覆盖(2 t/hm~2)能促进冬小麦生长,实现增产,秸秆覆盖量较大时应该增加播量并提高播种机防堵质量。