主动旋转集行式清秸装置设计与试验

针对东北地区在秸秆全量粉碎还田条件下玉米免耕播种作业时,被动分茬式清秸装置清秸率低,主动条旋式清秸装置草土混埋造成出苗率低的问题,该研究设计了一种主动旋转集行式清秸装置,首先通过理论分析与参数计算确定了清秸弹齿关键部件结构和工作参数。进一步运用土槽试验的方法,选取机组前进速度、清秸弹齿转速和清秸弹齿渗透量为试验因素,以种带清秸率为试验指标,进行二次旋转正交组合试验,建立了试验指标与影响因素回归模型,确定清秸装置最优作业参数组合为机具前进速度1.4 m/s,清秸弹齿转速400 r/min,弹齿渗透量19 mm。并通过田间试验对该装置作业性能进行验证。试验结果表明,最优参数组合下,20 cm宽度种带清秸率为98.3%,平均作业功率为605 W,满足东北地区玉米免耕播种作业农艺和技术要求。该研究可为免耕作业机具清秸装置设计提供参考。     

炭化秸秆覆盖用于保护性耕作的试验研究

针对一年两熟区保护性耕作地块秸秆量大,全秸秆覆盖播种时机具易堵塞、影响出苗等问题,该研究通过6种不同处理方式的田间试验,研究了不同耕作与地表覆盖结合方式对土壤水分状况、作物生长特性及作物产量的影响。结果表明,与免耕秸秆覆盖相比,虽然含水率略低,但免耕农业碳覆盖不仅能够解决秸秆量大易堵塞、晾籽等现象,而且能够提高作物生长特性如出苗、株高及作物产量,对保护性耕作的推广与发展具有促进作用。     

群众治沙的新格局──生态经济带

群众治沙的新格局──生态经济带卢彩云，代玉荣库伦旗在长达４０多年的治沙工作中，仗越打越精。继家庭生态经济圈之后，又步入了治沙的最新格局──生态经济带建设，结束了星罗棋布的补丁战术，把一家一户的生态经济圈按规划连成了生态经济带。一、生态经济带的优势（１...     

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。     

基于滑板压秆旋切式防堵装置的秸秆摩擦特性研究

结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置。针对秸秆能否顺利通过滑板压秆旋切式防堵装置主要涉及滑板与秸秆的摩擦系数及土壤与秸秆的摩擦系数的问题,该研究以华北一年两熟区主要粮食作物小麦和玉米的秸秆为研究对象,试验对比了Q235钢、不锈钢、木板和塑料4种不同滑板材料及含水率分别为10%、12.5%和15%的3种土壤对秸秆摩擦系数的影响;考虑免耕防堵装置作业时秸秆的状态,秸秆接触角度和秸秆接触部位也作为摩擦系数的影响因素。试验结果表明,滑板材料与玉米和小麦秸秆的摩擦系数分别满足:Q235钢不锈钢=塑料木板,不锈钢Q235钢木板塑料,单因素分析表明滑板材料和秸秆接触角度对滑板与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;含水率12.5%和15%的土壤与玉米秸秆的摩擦系数分别比含水率10%的土壤高0.08和0.09,差异显著,秸秆部位和秸秆接触角度对土壤与玉米和小麦秸秆之间的摩擦系数影响均显著;双因素分析表明,滑板与玉米秸秆的摩擦系数受滑板材料和秸秆部位及滑板材料和接触角度之间交互作用的影响,滑板与小麦秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响,土壤与玉米秸秆的摩擦系数受秸秆部位和接触角度之间交互作用的影响;三因素分析表明各因素之间不存在交互作用;处理玉米秸秆时滑板材料宜采用Q235钢,处理小麦秸秆时滑板材料宜采用不锈钢材料。该研究为免耕防堵装置的设计提供了参考。     

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。     

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。     

腔盘式精量穴施肥装置设计与试验

施肥方式粗放是造成我国肥料利用率低的主要原因之一,与条状施肥相比,穴式施肥可有效提高肥料利用率,但目前尚缺乏成熟的穴式施肥装备。为此,本文设计一种用于颗粒状肥料穴式施用的腔盘式精量穴施肥装置,通过理论分析确定了装置的主要结构和工作参数,并探讨了肥腔形状(圆弧型、直线型-钝角、直线型-锐角和抛物线型)对肥料运动的影响。运用离散元法(EDEM)对不同结构和作业参数下排肥盘充肥性能和肥群运动进行了仿真分析,结果表明:肥腔形状、作业速度和施肥量对各穴排肥量变异系数均有显著影响,随作业速度的增大和施肥量的减少,变异系数增大,且圆弧型肥腔排肥稳定性最好;作业速度和肥腔形状对肥料扰动系数有显著影响,排肥盘经过箱体的时间及其对肥料扰动的形式和大小是影响排肥量稳定性的主要原因。在作业速度7 km/h,排肥量300 kg/hm2的条件下对4种排肥盘进行台架试验,结果表明圆弧型肥腔性能最优,排肥量合格率为94%,各穴排肥量变异系数为6.47%,与仿真结果呈现相同规律,且满足排肥要求。     

基于PID算法的高频间歇供肥系统设计与试验

在液态肥寻种对靶点施系统中，液态肥需满足在高频间歇喷施时压力波动较小且在间歇喷射频率发生变化时仍能保证压力稳定的要求，为此设计了基于PID算法的高频间歇供肥系统。设计了供肥系统硬件电路和软件程序，对管路压力进行采集与控制，并设计了可方便设置作业参数和显示实时作业状况的人机交互界面。采用临界比例度法对PID算法进行参数整定，经实际试验调整后确定PID算法的比例系数、积分系数和微分系数分别为4、0.079和0.012，对采用和不采用PID算法的供肥系统压力变化情况进行了对比试验，结果表明，采用PID算法的供肥系统压力更加稳定。为评价基于PID算法的供肥系统在不同作业速度和压力设定值下的压力稳定性能，选取管路压力的最大误差、平均误差和标准差为试验指标，进行了台架试验。结果表明，供肥系统压力的最大误差、平均误差和标准差分别不大于6.49%、1.54%和0.40MPa，满足液态肥寻种对靶点施系统对于管路压力稳定性的要求。     

螺旋切分式种带清理装置设计与试验

针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题，本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析，确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数，并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型，以种带清秸率为试验指标，以前进速度、转速和螺距为试验因素，进行了二次回归组合仿真试验，建立了种带清秸率的回归模型，结果表明，前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01)，其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解，得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm，最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验，试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点，基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。