基于机器视觉和北斗定位的小麦变量喷雾系统研究

针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题,以生长前期的小麦为研究对象,设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取,研究了速度、植株密度对喷雾的影响,提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内,通过机器视觉处理实现变量喷雾,试验结果表明,相同机组速度下,植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%;相同植株密度下机组前进速度0.75 m/s相对1.50 m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下,可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度,进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭,试验结果表明,在行驶速度为0.50 m/s时准确度最高,区域边界行驶超出量误差平均值为48.72 cm;为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响,使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验,试验结果表明,驶入目标区域超出量误差平均值为7.20 cm。     

固定垄保护性耕作条件下松垄割刀性能对比分析

在固定垄保护性耕作体系下，针对宽垄沟灌条件下水分渗透难的问题，基于土壤力学接触模型，设计了平刀、缺口刀和V形刀3种松垄割刀。利用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析，施加载荷数值来自于纯剪切与两面楔模型对3种割刀受力进行分析计算，得出割刀的应力分布图和变形云图。结果显示，3种割刀设计强度均满足要求，变形较小。结合层次分析法与功效系数法，以割刀理论受力、作业油耗、土壤体积含水率增量为评价指标，确定使用V形松垄割刀作业的综合效益最高。     

稻麦轮作区气动式小麦精准投种装置设计与试验

为实现稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦精量播种,设计了一种气动式小麦精准投种装置,该装置通过气动加速将小麦种粒高速精准投置于清洁土壤内。以稳态气体流速、入口负压为试验指标,出气室直径、喉嘴距和接收室直径为影响因素,利用Fluent分析进行气动式小麦精准投种装置的关键结构参数设计。Fluent分析结果表明:该装置的较优组合为出气室直径为6 mm、喉嘴距为10 mm、接收室直径为32 mm,此时稳态气体流速为524 m/s,入口负压为15. 966 kPa。较优参数组合下的投种性能台架试验结果表明:当作业速度为1. 2 m/s、投种高度为0. 1 m、进气室压力为0. 5 MPa时,小麦种粒可高速冲击进入土壤,实现高速精准稳着床点播、且无破损,平均投种速度为43. 8 m/s,平均投种深度6. 78 mm,投种速度、投种深度变异系数分别为8. 3%、5. 8%,投种性能稳定。     

玉米垄作免耕播种机研究

设计了2BML-2型垄作免耕播种机,采用苗带浅旋方式对根茬进行处理,在旋耕带上开沟、施肥、播种、镇压.苗带浅旋参数设计为：单垄旋耕幅宽100～110 mm,旋耕深度60～80 mm,同一截面的刀片数为3,单垄对应安装两排刀片.根茬处理后,采用尖角式开沟器,先施肥、后下种,肥种垂直距离保持50 mm左右,采用双圆盘覆土、橡胶轮镇压.通过田间试验,证实该播种机破茬防堵性能好,播种后能基本保持垄形,有利于增加地温,使用该机播种的玉米出苗率高于传统方式播种.     

林业地理空间信息整合研究

论述了我国林业地理空间信息资源现状;分析了实现我国林业地理空间信息整合首先要解决数据库建设缺乏总体规划,有关标准、规范滞后,信息开发利用不充分等问题;提出了实现林业地理空间信息整合应加强对林业空间地理信息的协调管理,加强标准化建设,提高信息利用效率等对策、建议及措施。     

秸秆还田方式对种床土壤物理性质和小麦生长的影响

华北平原一年两熟区粮食产量高、秸秆量大,玉米收获后播种小麦时需要对秸秆进行适宜的处理。为解决此问题,本文于2016—2018年在河北涿州试验站开展田间定位试验,研究了不同玉米秸秆还田与种床位置关系对种床土壤含水率、地温、水稳性团聚体含量、冬小麦出苗率及产量的影响。试验共设置4个处理：秸秆混埋（SM）、少量秸秆混埋（HSM）、秸秆覆盖（SC）和秸秆不还田（CK）。试验结果表明,相较于秸秆不还田对照组CK,秸秆还田可以提高0~30cm种床土壤含水率,效果由大到小依次为：SC、HSM、SM;显著增加水稳性大团聚体（>0.25mm）含量,SM、HSM、SC分别提高6.3、4.9、4.8个百分点;对地温变化呈现出“缓解效应”,其效果从大到小依次为SC、SM、HSM,导致越冬期土壤回暖变慢;增加冬小麦出苗率,HSM、SC、SM平均增加40.1%、34.1%、14.8%,且HSM在第1年显著高于SM;提高产量,SC、HSM、SM平均增产17.2%、10.9%、2.9%,且第1年SM产量显著低于SC。本研究结果表明,秸秆还田对地温有负面影响,但可以增加土壤水分,改善土壤结构,因此最终提高了小麦产量;3种秸秆还田处理中,由于秸秆混埋（SM）使土壤含水率、出苗率、产量均最低,且对地温影响较大,因此优先推荐秸秆覆盖（SC）和少量秸秆混埋（HSM）。     

差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机设计与试验

为解决东北稻区秸秆粉碎质量不达标、影响后期作业的问题,该文基于差速锯切原理,设计了一种秸秆粉碎还田机,可实现锯盘刀与粉碎刀同向差速配合,提高切削秸秆的摩擦力及相对线速度,以达到支撑锯切的目的,改善秸秆粉碎效果。通过理论分析,对粉碎刀和锯盘刀等关键部件进行设计;利用Fluent仿真分析,得到正扇叶型粉碎刀能够提高粉碎腔内风速;对秸秆切碎过程进行动力学分析,确定影响粉碎效果的主要因素为粉碎刀转速及其与锯盘刀间的倾斜角度。选取粉碎刀转速和倾斜角度作为试验因素,以秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率为评价指标,进行二因素三水平田间试验,结果表明:粉碎刀转速和倾斜角度对秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率均有显著影响。综合考虑秸秆粉碎效果和功耗等因素,最终确定优化组合为粉碎刀转速1800 r/min,倾斜角度65°,相应的锯盘刀转速为600 r/min。优化组合条件下的田间试验结果为:秸秆粉碎平均长度9.58cm,长度10cm以下的秸秆占93.23%,秸秆抛撒不均匀度20.89%,满足东北稻区秸秆粉碎抛撒质量要求。通过与现有秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出研制的差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机秸秆粉碎效果更优,后期翻耕秸秆掩埋率达98.92%。机具的设计对解决东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

垄台修复中耕施肥机的设计

针对东北垄作区保护性耕作由于缺乏相应的玉米中耕机具,出现秸秆覆盖地无法中耕的问题,设计了垄台修复中耕施肥机.该机利用旋耕碎秆装置在垄沟旋转作业,进行碎秆、除草,并将旋起的土分散在垄沟两侧,同时地轮驱动施肥,垄台修复轮进行镇压修垄、盖肥.田间试验结果表明,该机器防堵性能好,垄台修复和施肥效果均达到设计要求,符合东北垄作区秸秆覆盖地的使用要求.     

机械式小麦射播排种器设计与试验

针对现阶段小麦播种机接触式播种形式存在的覆土后种子深度均匀性差，播种效果易受播种部件影响的问题，同时为简化播种工艺，设计了一种适用于华北地区壤土的非接触式小麦机械射播排种器。阐述了对排种器整体结构和射播工作原理，对排种器关键部件尺寸进行设计，分析了小麦种子在排种器内部携种加速过程及投种过程，得出影响小麦射播效果的因素，并进行仿真与试验台试验。选取排种器转速、前进速度、射播高度为试验因素，播种深度变异系数、排种量变异系数、射播速度、射播深度为指标进行单因素试验与正交试验，并进行了验证试验。试验结果表明，机具前进速度为1.0m/s，排种器转速为1100r/min，射播高度为100mm时，播种深度变异系数为8.3%，排种量变异系数为13.9%，射播速度为35.2m/s，射播深度为34mm。试验验证了所设计的机械式射播排种器在华北平原地区壤土作业时，满足小麦播种的作业要求。     

气力集排式排肥系统结构优化与试验

针对气力集排式排肥系统与分层深施肥铲配合作业时,进肥口处肥料落入不顺畅以及排肥口处气流速度过大导致肥料弹跳和地表扬尘等问题,该研究通过分析排肥系统各部件结构参数与工作参数之间的关系,对排肥系统进行结构优化,并设计了一种气-肥分离装置,将部分输送气流提前从排肥系统排出,从而降低排肥口处的气流速度,提高进肥口的进料稳定性。通过理论分析和参数计算,确定了排肥系统各组成部件的结构和基本工作参数,分析确定了影响排肥口和进肥口处气流速度的主要因素,并以排肥口和进肥口处的气流速度为试验指标,以气-肥分离装置的排气口面积、排肥系统入口气流速度和施肥速率为试验因素,进行二次正交旋转组合台架试验,建立了试验指标与各影响因素的数学回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到气-肥分离装置排气口面积为798.0mm~2。排肥系统入口气流速度为28.10 m/s,施肥速率为0.28 kg/s时,排肥系统排肥口气流速度为5.91 m/s,进肥口气流速度为3.94 m/s,以得到的优化参数进行试验验证,测得排肥系统排肥口气流速度为6.02 m/s,进肥口气流速度为4.11 m/s,排肥系统进肥口肥料落入顺畅,工作稳定。