秸秆炭化烟气两级除尘装置设计及数值模拟

为提高秸秆炭化烟气的除尘效率,在典型旋风分离器基础上,在排气管中增设回转拨指轮,构成两级除尘。利用SolidWorks和ANSYS ICEM软件对其建模和网格划分,在数值模拟软件FLUENT中采用RNG k-ε模型和RSM模型相结合的方法进行流场模拟,建立了流场理论模型。采用DPM模型对颗粒的分离效率进行模拟,测试在同一烟气进口速度(20 m/s)条件下,典型旋风分离器及不同回转转速(0、900、1 450、2 900r/min)下两级式除尘装置内部烟气流场的静压、切向速度、径向速度、轴向速度分布及不同粒径颗粒的分离效率。结果表明,与传统旋风除尘器相比,回转拨指轮对除尘器内的静压有较大的影响,且静压随转速的增大而增大;回转拨指轮转速对流场切向速度亦有较大的影响,随转速提高,切向速度增大,但对径向速度和轴向速度的影响较小;两级除尘及内部回转拨指轮转速对1μm颗粒收集无较大影响,但对于10μm以上的颗粒,可显著提高分离效率,且随转速增大分离效率有所提高,但不同转速对分离效率的影响差异不显著。     

水田行间除草装置设计与试验

为减少化学除草剂的使用，解决现有水田除草机械除草效果差等问题，该研究设计了一种水田行间除草装置，包括压草浮板和除草辊等结构，工作时压草浮板先将压倒杂草，紧接着除草辊将压倒的杂草压入泥中。压草浮板先将杂草压倒，除草辊将杂草压入泥中的几率可提高9.98%。除草辊两端设有倒角，在避免或减少对水稻根系损伤的同时可扩大行间除草区域，最大可增加常规除草宽度的3%。对压草浮板和除草辊进行了参数设计，通过仿真试验分析了行间除草装置与土壤之间的相互作用规律，确定最佳作业条件为入土深度35 mm，前进速度0.8 m/s。以未除草、化学除草、人工除草和不同参数的除草辊为试验因素，以水稻植株高度、产量、产量构成因素和水稻根系参数为试验指标，进行田间试验，试验结果表明，行间除草装置平均除草率最高为87.51%，可以翻动土壤，增加土壤透气性。与常规宽度的除草辊相比，增加除草宽度，扩大行间除草区域最大可提高除草率7.3个百分点。不同的除草处理对水稻植株高度和产量等有显著影响（P<0.05），机械除草可以促进水稻的生长发育，其产量可以达到甚至超过化学除草和人工除草水平。不同参数的除草辊对植株高度、产量和根系等有显著影响（P<0.05），增加除草辊宽度同时两端设倒角，可以减少对水稻根系的损伤，有利于水稻的生长发育，提高水稻产量。研究结果可为水田除草机械装备的研究提供参考。     

大蒜种瓣机械压变处理对其出苗及生长的影响

为探明大蒜种瓣机械压变处理对大蒜出苗及生长的影响规律,以东北白皮蒜为研究对象,利用万能物理试验机对大蒜种瓣进行横向施压(大蒜种瓣平放受压)和纵向施压(大蒜种瓣直立受压),以受压变形量与原基本尺寸比值的百分数来表示受压程度,2个方向受压程度为5%～45%,取一组未处理的大蒜种瓣作为对照。将处理后的大蒜种瓣与对照进行播种试验,探索机械压变处理对大蒜出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度的影响,通过回归分析得出植株茎粗与施压程度之间的回归模型,并进行植株高度与施压程度之间的相关性分析。试验结果表明,与未处理的大蒜种瓣相比,横向受压中,受压程度为10%～45%时,机械压变对大蒜种瓣出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度有显著影响(P0.05),其中受压程度为10%～25%的大蒜种瓣出苗时间短于对照,出苗率、植株茎粗和植株高度均大于未处理的大蒜种瓣;在纵向受压中,受压程度为10%～45%时,机械压变对大蒜种瓣出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度有显著影响(P0.05);其中受压程度为10%～15%时,大蒜种瓣出苗时间均长于对照,出苗率和植株茎粗均大于未处理的大蒜种瓣。相比纵向机械压变处理,横向机械压变处理的大蒜出苗快,相同压缩条件下,大蒜的各项指标更优。植株茎粗与施压程度之间的回归模型拟合较好(R≥0.91),植株高度与施压程度之间的相关性显著(P0.05)。     

秸秆炭化热解气旋风分离器-指杆轮两级净化装置研制

为提高秸秆热解气的净化率,防止装置堵塞,该研究设计了旋风分离器与回转指杆轮相结合的两级净化装置,I级旋风分离器主要分离热解气中大粒径杂质,II级指杆轮使小粒径灰尘、焦油等杂质与锥形指杆碰撞、聚集、并在高速回转作用下离心分离,实现热解气高效净化。研究确定了I级净化装置的结构参数,设计了II级净化装置,确定了指杆轮与锥形指杆的参数及排列方式。以指杆轮转速、热解气的进口速度和芯筒入筒体深度为影响因素,以热解气的净化率和压力损失为指标,进行了二次通用旋转组合样机性能试验。利用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行方差和响应面分析,建立了影响因素与指标之间的数学模型,采用多指标优化法确定最优组合并进行了试验验证。试验得到最优组合参数:指杆轮转速为3 030 r/min,进口速度为19.5 m/s,芯筒入筒体深度为210 mm,此时的压力损失为1 971.73 Pa,热解气总净化率为84.2%,达到了净化要求。研究结果可为秸秆热解气净化装置研究提供理论依据。     

基于介电特性与SPA-SVR算法的水稻含水率检测方法

为提高基于介电法水稻含水率的检测精度,以北粳3号水稻为研究对象,利用阻抗分析仪及自制同轴圆柱型电容器测量了不同含水率水稻在1 kHz～1 MHz频率下的相对介电常数ε′及介质损耗因数ε"。采用x-y共生距离法划分了72个样本校正集和48个样本预测集。利用无信息变量消除法及连续投影法选取介电参数(ε′、ε"及ε′和ε"两者结合)的特征变量,分别利用所提取的特征变量以及单频、全频下的介电参数来建立预测水稻含水率的多元线性回归及支持向量机回归模型,分析模型的预测性能,并对最佳模型的含水率预测结果进行温度补偿。结果表明:基于ε′与ε"两者结合并利用连续投影法提取特征变量建立的支持向量机回归模型预测效果最佳,其预测集决定系数为0.980,预测均方根误差为0.403%。最佳预测模型对不同品种水稻的含水率预测值与烘干法测得的含水率实测值的绝对误差集中分布在±0.5%内,该研究可为粮食含水率的检测提供参考。     

基于激光感知的农业机器人定位系统

为解决基于全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）的农业机器人和自动驾驶农机在机库、大棚等卫星信号弱或无环境下定位精度低甚至无法定位的问题,该研究提出了基于激光感知的农业机器人定位方法。采用二维激光雷达和激光接收器设计了基于激光感知的机器人定位系统,通过二维激光雷达发射扫描激光获取机器人上激光接收器的点云,同时激光接收器感应扫描激光,融合感应扫描激光时间差和激光接收器点云特征,得到移动激光接收器（即农业机器人）的定位。以全站仪测量为参照在大棚内开展验证试验,结果表明,在激光雷达扫描范围内,机器人行驶速度为0.8 m/s时,直线行驶时最大偏差绝对平均值为4.1 cm,最大均方根误差为1.5 cm;曲线行驶时最大偏差绝对平均值为6.2 cm,最大均方根误差为2.6 cm,满足农业机器人在农机库等环境中自动导航所需定位精度要求。     

含稻秸蔬菜育苗基质块成型工艺参数优化

为了确定黄瓜育苗块成型的最优工艺参数,以育苗基质和水稻秸秆的混合物为原料,育苗块的抗破坏强度和尺寸稳定性为成型质量检测指标,采用四元二次回归通用旋转组合试验设计结合响应面法,探讨了原料含水率、压力、秸秆长度和秸秆含量对育苗块成型的影响,建立了黄瓜育苗块成型特性参数与各因素之间的回归模型.综合分析表明,各因素对育苗块抗破坏强度的影响主次顺序为:压力＞秸秆长度＞含水率=秸秆含量,在交互作用中,含水率与秸秆含量、压力与秸秆长度、秸秆长度与秸秆含量对育苗块抗破坏强度的影响显著(P＜0.05);各因素对育苗块尺寸稳定性的影响主次顺序为:秸秆含量＞含水率＞压力＞秸秆长度,含水率与秸秆长度的交互作用对育苗块尺寸稳定性的影响较显著(P＜0.05).利用Design-Expert8.0.6软件得出理论最优工艺参数,并考虑试验的可操作性,对理论最优工艺参数进行调整及试验验证,得到最优工艺参数:含水率为21％,压力为4.5 kN,秸秆长度为10mm,秸秆质量分数为12％,该组合条件下的育苗块抗破坏强度为23.03 N,尺寸稳定性为82.83％.分析表明,优化后育苗块的理化特性符合黄瓜育苗的农艺要求.该研究可为黄瓜育苗块成型机工艺参数优化提供理论和实践依据.