入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究

针对稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦机械化播种,为避免传统接触式小麦播种技术存在的粘附堵塞严重和作业阻力、功耗大等问题,该文采用非接触式小麦气力射播技术理论,通过自制的小麦气力射播试验台,开展整洁种床土壤条件下入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究。试验结果表明:随着入射角度的增加,相同加速气压下小麦种粒的射播速度垂直分量和射播深度不断增加,小麦种粒触土后产生水平滑移和弹跳的几率变小,且各入射角度下射播深度与射播速度呈正相关关系,不同入射角度下小麦种粒呈现出不同射播深度和土壤冲击效果,小麦种粒未产生损坏情况;当入射角度≥45°和射播速度垂直分量≥25 m/s时,小麦种粒可被完全射播入土壤中且出苗率大于86%,90°入射角度下的射播效果最好。同时,为实现田间作业时小麦种粒的垂直射播入土,应使射播速度水平分量与机具作业速度相等且射播速度垂直分量≥25m/s。试验结果可为非接触式小麦射播装备的研制提供基础数据和技术支撑。     

玉米空间分层施肥装置结构优化与试验

针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题，设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置，肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数，明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析，选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素，以上层和中层排肥口出肥量为试验指标，进行二次正交旋转组合仿真试验，建立了试验指标与影响因素的回归模型，仿真结果表明，当施肥调节片前端宽度为3.61mm，后端宽度为21.52mm，安装角为43.23°时，上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果，在不同作业速度和不同施肥量条件下，进行了空间分层施肥装置的样机性能试验，试验结果表明，空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比，在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%，各层肥料深度误差在10mm以内，各层肥料横向距离误差在6mm以内，工作性能稳定。     

播种期液态肥精量深施系统喷肥装置研制

针对播种期液态肥精量深施的技术需求,该文提出一种液态肥对耙点施系统,并针对喷出的液态肥需满足较佳集束性和施肥量等要求,设计一种液态喷肥装置。在Fluent软件中建立锥直型、圆锥型和圆柱型三种不同形状喷嘴的流体仿真模型,对喷嘴的非淹没射流过程进行仿真,分析了不同喷嘴喷出的液态肥速度和总压的变化,得出不同喷嘴的集束性能,确定了圆锥型为最佳喷嘴形状。选用圆锥型喷嘴,以施肥量为评价指标,以液泵压力和喷嘴直径为试验因素,设计了二因素五水平全因子试验,建立施肥量与液泵压力、喷嘴直径之间的回归方程。仿真结果表明,液泵压力和喷嘴直径对喷肥装置的施肥量影响显著(P0.01),其中,喷嘴直径对施肥量的影响程度更大;台架试验结果表明,实际试验施肥量与仿真结果变化趋势一致,施肥量试验值与修正后的回归方程预测值整体平均误差为1.62%,基本满足施肥量要求。该研究为种期液态肥精量深施的进一步研究奠定了基础。     

异速对辊式玉米秸秆粉碎还田装置设计与试验

针对玉米秸秆量大、韧性强,导致还田后秸秆粉碎不均匀影响后续整地和播种等问题,该研究提出了一种异速对辊及动态双支撑形式的玉米秸秆粉碎还田方式,并研制了相应的玉米秸秆还田装置,主要由捡拾粉碎单元、对辊滑切支撑单元、支撑板和机壳等组成。在异速动态双支撑条件下,通过对作业过程中玉米秸秆动力学分析和秸秆漏捡面积分析,对捡拾粉碎刀和对辊滑切支撑刀进行设计,建立了影响秸秆粉碎合格率的数学模型。以捡拾粉碎刀转速、L型甩刀折弯角、L型甩刀刃口长度和滑切支撑刀滑切角为因素,秸秆粉碎合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明:当滑切支撑刀滑切角45°、捡拾粉碎刀转速1 700 r/min、L型甩刀刃口长度45 mm和L型甩刀折弯角40°时,玉米秸秆粉碎合格率为92.58%,与预测值误差5%,满足国家标准要求。该研究提出的秸秆粉碎还田方式和研制的秸秆粉碎装置为玉米秸秆粉碎还田机设计和优化提供新的方案和技术支撑。     

非对称式大小圆盘开沟装置设计与试验

为解决东北一年一熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种玉米存在的秸秆覆盖量大导致机具堵塞严重和双圆盘开沟器入土困难等问题,该文设计了一种非对称式大小圆盘开沟装置,该装置采用大、小圆盘一前一后非对称设置,大圆盘预先切割秸秆、残茬,小圆盘完成秸秆拨离并开出种沟,为玉米免耕播种提供清洁种床。无秸秆覆盖下的EDEM离散元仿真试验和田间试验,预先验证了开沟装置的作业性能。秸秆覆盖下的田间试验表明:该装置在秸秆覆盖条件下仍可实现较为稳定可靠的开沟效果,平均开沟深度为71.41 mm,平均开沟宽度为38.27 mm,满足玉米免耕播种作业要求;不同秸秆覆盖条件下,该装置作业流畅、种沟整洁,无明显堵塞和连续晾仔、断条现象,切茬、入土性能良好。该研究可为玉米少免耕播种开沟装置的改进及研发提供理论支持和技术基础。     

固定垄保护性耕作机具的研究现状

固定垄保护性耕作作为一项将保护性耕作、固定道和垄作沟灌等技术相结合的新型农业生产体系,对于促进农业的可持续发展具有重要的现实意义。为此,总结了国内外起修垄机具、垄作播种机以及其他配套机具的研制和应用情况,并对存在的问题进行了探讨,以期为固定垄保护性耕作机具的研制提供参考。     

砍切式玉米秸秆还田机的设计与试验

针对中国北方一年两熟区玉米收获后地表秸秆量大,甩刀式秸秆还田机粉碎长度合格率低,影响后续小麦少免耕播种等问题,基于四连杆机构往复运动原理,利用地表作为支撑,提出了利用砍切对秸秆切段还田的思路,进而研发出一种砍切式玉米秸秆还田机。为避免后续小麦播种时出现拥堵现象,设计秸秆切断长度不超过小麦窄行行距的一半(6 cm);通过理论计算和动力学仿真分析,优化了切刀的运动轨迹并确定切秆装置各杆件尺寸并分析了机具切割功耗为28.39 kW;利用ANSYS软件对切刀进行有限元静力分析,切刀力学性能满足设计要求。田间对比试验结果表明,在玉米收获后秸秆全量保留的条件下,与甩刀式秸秆还田机相比,砍切式秸秆还田机粉碎后秸秆平均长度短0.73 cm,秸秆长度不合格率小5个百分点,秸秆长度变异系数小0.218;机具运行平稳性试验表明砍切式玉米秸秆还田机振动略大于甩刀式玉米秸秆还田机,但差异不显著,该机平稳性满足作业要求;切刀入土平均深度为7.71 cm,可明显降低0~10 cm土层土壤容重;后续播种试验试验表明在砍切式秸秆还田机作业后地表进行播种时,播种机无拥堵现象且播种深度合格率比甩刀式大2.3个百分点。该文研究成果能够为中国北方一年两熟区玉米秸秆还田提供一种新型装备,有利于促进秸秆还田技术的推广。     

基于FRIDA模型的轮胎-土壤接触特性研究

利用喷涂法与土壤传感器埋设法测试了不同胎压条件下轮胎-土壤接触特性,旨在研究轮胎气压对轮胎-土壤接触特性影响,对FRIDA模型在华北一年两熟区壤土区适用性进行评价并优化,结果表明,轮胎-土壤接触面面积A的均方根误差(RMSE)从0.022 m~2降低到0.013 m~2,标准偏差(Bias)的变化范围为-0.19~0.019 m~2,模拟值与实测值的回归线决定系数为0.948;轮胎-土壤接触面平均应力及最大应力的模拟值与实测值的相对误差(RE)均小于0.1,参数优化及验证后的FRIDA模型能够模拟华北一年两熟壤土区轮胎-土壤接触特性。通过田间试验结合优化的FRIDA模型,分析轮胎气压、轴载对轮胎-土壤接触特性影响的结果表明,随着轮胎气压增大,接触面形状由矩形到椭圆形再到圆形的变化过程,接触面积减小,应力分布由M型应力集中到凸型应力集中变化;随着轴载增大,轮胎-土壤接触面形状由类椭圆形变为矩形,面积增大,应力分布出现严重M型应力集中现象,且应力逐渐增大。该研究为合理选择拖拉机胎压及配套农机具提供了理论依据。     

立式驱动浅旋耙设计与参数优化

针对中国黄淮海地区保护性耕作少免耕作业、表土耕作时对地表平整度、表层碎土效果要求较高的特点。研究设计了一种立式驱动浅旋耙,通过对由作业机构参数进行设计优化、刀具的运动学分析与动力学分析,得出了影响土壤受力的因素为机具前进速度与刀具转速,并采用离散元仿真分析对影响因素进行进一步分析。通过田间验证试验,以碎土率、土壤容重、地表平整度为试验指标,对立式驱动浅旋耙进行性能优化试验。结果表明:在前进速度为1.4 m/s,刀具转速为350 r/min时,其碎土率为95.4%,土壤容重为0.82 g/cm~3,土壤平整度为16.3 mm,满足少免耕作业前碎土及秸秆覆盖要求。该研究为少免耕播种前的地表浅旋作业机具提供了参考。     

熵权属性识别模型综合评价灌溉管理模式

针对节水灌溉运行管理模式在优选过程中,各方案中指标的多属性特征,采用熵值法赋权与属性识别理论相结合,建立了熵权属性识别运行管理模式综合评价模型,通过计算各指标属性测度、灰色接近度和评分准则进行排序分析,选出最适宜模式。熵值赋权可减小因主观因素带来的误差,属性识别有效判别指标值属性测度,灰色接近度的计算从客观的角度判断了管理模式的等级。该模型评价思路清晰、便于计算,可为管理者在选用灌溉管理模式方面提供技术参考。