自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土...     

沟栽葡萄防寒布覆土卧式刷辊清除装置设计与试验

针对中国西北地区沟栽葡萄春季防寒布上方大量覆土影响防寒布回收的问题,该研究设计了一种水平卧式刷辊清土装置,用于清除防寒布上方埋土.首先,通过理论分析确定了清土总成结构和工作参数取值范围.进一步,基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立柔性清土总成-土壤作用模型,模拟清土作业过程.以清土率和清土总成的转动扭矩为试验指标...     

葡萄分层旋抛式清土起藤机高效旋抛刀设计与试验

针对中国西北地区酿酒葡萄清土作业缺乏与土壤颗粒群相互作用的研究,凭经验设计使得单层旋抛清土方法效率低以及清土部件功耗高的问题,设计了一种分层旋抛式清土起藤机并对旋抛刀与土壤相互作用进行研究。首先,根据中国西北地区酿酒葡萄种植及清土的农艺要求,完成分层旋抛刀的设计,然后对旋抛式清土起藤机的运动进行理论分析,确定影响旋抛刀功耗和抛送距离的主要因素,并通过EDEM-Recurdyn耦合仿真,以旋抛刀不同焊接角度、转速及整机的前进速度为试验因素,以清土率、旋抛刀扭矩为评价指标,分析土壤离散颗粒群与旋抛刀之间的相互作用,得到最优参数组合,进一步基于台架试验对仿真试验进行验证。结果表明,当旋抛刀焊接角度为30°,转速为270 r/min,前进速度为0.4 m/s时,清土率为49.1%,旋抛刀平均扭矩为13.09 N·m,土壤抛送距离集中在1.52～1.75 m之间,与仿真优化结果（清土率为55.9%）相对误差为13.8%,研究结果可为后续研制分层旋抛式清土起藤机提供理论依据及技术参考。     

葡萄防寒布平整卷收速度控制系统设计与试验

针对中国新疆地区葡萄防寒布平整卷收难的问题,该研究分析了防寒布平整卷收原理,并设计了葡萄防寒布平整卷收速度控制系统。该系统可自动检测防寒布的卷收状态,在平整卷收状态时采用增量式PID算法输出PWM（Pulse Width Modulation）信号,基于机具前进速度和布辊半径实现防寒布卷收速度的实时调节;在偏斜卷收状态时通过调节卷布辊轴转速改变卷布辊轴实时转速相对于目标转速的超前或滞后关系,使防寒布恢复平整卷收状态。通过在Simulink中建立电机PID控制模型进行仿真。通过直流电机转速静态标定试验得到电机转速与PWM信号占空比的对应关系。防寒布自动调偏性能试验验证了本文方法的可行性,优化得到激光开关传感器与防寒布边缘的距离为20 mm。由直流电机转速调节性能试验对仿真试验结果进行校验,得到优化后的稳态响应时间约为0.4 s,响应延迟约为0.1 s。田间试验结果表明,防寒布卷收平整度均大于90%,平均为92.78%,满足防寒布卷收作业要求。研究结果可为葡萄防寒布回收机的设计与优化提供技术参考。     

酿酒葡萄清土起藤机刮板与防寒土相互作用研究

中国西北酿酒葡萄主产区春季的清土起藤作业机械化刚刚开始,针对目前单刮板清土部件作业整机功耗高,清土效率低以及缺乏与防寒土动态作用的理论研究等问题,该研究提出了刮板式清土机的设计理论及方法,并设计了一种双刮板式清土起藤机.首先,根据中国西北葡萄种植地区清土农艺要求,确定刮板的数量及外形尺寸,然后通过理论分析大刮板的受力,...     

葡萄藤防寒土与清土部件相互作用的离散元仿真参数标定

为系统地研究中国北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土及其与清土机清土部件常用材料(Q235钢、橡胶)相互作用的离散元仿真参数,以构建准确的土壤离散元仿真模型,该文选用整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性粘附模型(liner cohesion model,LCM)作为土壤颗粒间的接触模型;基于土壤堆积试验,以土壤颗粒间恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和土壤粘附能量密度为因素,以土壤堆积角为指标,利用EDEM进行通用旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,以实测的土壤堆积角作为优化目标值,获得土壤颗粒间的最佳接触参数组合;利用土壤屈服试验获得HSCM模型参数;基于斜面滑动法原理,利用倾斜板试验台测得土壤与Q235钢和橡胶之间的静摩擦系数,并以此为基础,采用土壤滑落试验,以滑动摩擦角为响应值,对土壤颗粒与Q235钢和橡胶之间的恢复系数和滚动摩擦系数进行寻优,得到最优解参数组合。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,采用刮土板土槽试验和仿真试验进行对比分析,获得刮土板在土槽试验和仿真试验中的水平前进阻力分别为228.36 N和213.79 N,两者之间的相对误差为6.38%,表明仿真模型中土壤的物理力学特性与实际土壤基本一致,验证了葡萄藤防寒土离散元仿真参数标定结果和研究方法准确可靠。研究结果可为基于离散元法研制适用于北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土清土机提供理论基础和技术支撑。     

篱架式葡萄藤冬季埋土清除与防寒布回收机研制

针对中国新疆地区篱架式葡萄春季清土作业中存在的机械清土不彻底、防寒布回收困难以及效率低等问题,该文设计了一种葡萄埋土清除与防寒布回收机,由机架、清土部件、卷布部件和液压系统等组成。在EDEM软件中建立土垄和清土部件的仿真模型,以清土距离作为清土效果的评价指标,以刮土板工作面曲率半径、清土叶轮叶片数及其转速为试验因素,在行进速度为2 km/h的条件下设计并实施三因素五水平仿真正交试验,得到最优参数组合:曲率半径680 mm、叶片数4片、转速500 r/min,此时清土距离为294.27 mm。加工样机并对最优参数组合进行田间验证试验,得到清土距离为271 mm,与仿真试验结果的相对误差为8%,埋土基本清理干净,且对葡萄藤和防寒布的损伤小,作业效率高,为人工清土效率的10倍以上。研究结果可为新疆地区篱架式葡萄埋土清除作业提出新的思路,为后续葡萄清土机械的研制提供参考。     

驱动式碎土除草多功能马铃薯中耕机设计与试验

针对传统锄铲式中耕机在土壤黏重板结情况下碎土率和除草率低、培土效果不佳等问题,该文设计了集深松碎土、铲除杂草、侧深施肥、培土起垄等多功能于一体的驱动式马铃薯中耕机,并对机具关键部件进行设计与分析,确定了深松铲、碎土刀、培土器的结构以及工作参数,在设计分析的基础上进行田间试验,并与锄铲式中耕机进行对照试验。田间试验表明：本文所研制的驱动式中耕机碎土率为95.1%、除草率为96.3%、伤苗率为1.2%、土壤蓬松度达到21.5%、油耗为13.2 kg/hm2,满足相关标准作业指标要求。对照试验表明：相较于传统锄铲式中耕机,驱动式马铃薯中耕机碎土率提高3.3个百分点、除草率提高3.1个百分点、伤苗率降低1.6个百分点、土壤蓬松度提高2.7个百分点、油耗降低28%,明显优于其作业效果,满足国家标准碎土率≥85%、伤苗率≤5%、除草率≥90%的要求。     

越冬期埋土防寒层厚度对贺兰山东麓葡萄园土壤温度的影响

2019/2020年和2020/2021年冬季于贺兰山东麓葡萄园开展不同埋土防寒层厚度试验,结合不同深度土壤温度监测结果,研究越冬期葡萄园埋土防寒层覆盖下根区土壤温度变化规律,明确不同埋土防寒层厚度对根区土壤温度和葡萄越冬冻害的影响,为葡萄越冬冻害监测、评估及葡萄园冬季埋土管理提供参考。结果表明：（1）酿酒葡萄越冬期（12月−翌年2月）土壤温度呈先下降后上升的趋势;土壤温度随土层深度的增加而增加,波动随深度增加而缩小,埋土防寒层的覆盖,进一步减少了土壤温度的波动。（2）土壤温度随着埋土防寒层厚度的增加而增加,与不埋土处理（H0）相比,埋土防寒层厚度60cm（H60）处理, 20cm日最低土壤温度冬季可提高0.2～2.7℃,冬季平均可提高1.1℃;40cm土壤温度冬季可提高0.1～1.3℃,冬季平均可提高0.6℃。（3）0cm、20cm、40cm土壤温度日较差随着埋土防寒层厚度增加而减小,且极值出现时间依次滞后,60cm土壤温度几乎恒定。（4）20cm土壤温度,根干（C0）处显著高于距根干50cm（C50）、距根干100cm（ C100）和距根干150cm（C150）(P<0.05),距离根干越远土壤温度越低。土壤温度最低日,埋土防寒层厚度30cm、40cm、50cm三个处理根干（C0）处20cm土层温度较C50、C100和C150分别提高1.7～2.2℃、1.7～3.3℃、2.4～3.4℃。可见,根系受冻风险随土壤深度增加而降低,增加埋土防寒层厚度可提高土壤温度,减少土壤温度的波动,最低温度出现的时间随着埋土防寒层厚度增加而出现滞后。越冬冻害发生程度随埋土厚度增加而减少,其中副根受冻率高于主根。     

水稻气力式排种器分层充种室设计与试验

为改善水稻种子在充种室内的流动性并提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,实现超级杂交稻(1~3)粒/穴精量穴播要求,在水稻气力式精量穴播排种器与种箱间设计了一种分层充种室。以含水率为20.3%(湿基)"培杂泰丰"超级杂交稻种子为对象,采用单因素试验和正交试验的方法,研究了不同吸室负压、吹种正压下,分层充种室对排种器排种性能的影响。试验结果表明,在吸种盘转速为30 r/min、吸室负压为1.6 k Pa、送种正压为0.1 k Pa、采用分层充种室的条件下,该排种器排出(1~3)粒/穴种子的概率为95.4%,空穴率为1.53%,大于4粒/穴的概率为3.07%,其中排出1粒/穴种子的概率为17.32%,2粒/穴种子的概率为58.72%,3粒/穴种子的概率为19.36%;与前期开展的水稻气力式精量穴播排种器排种性能试验结果相比较,增设分层充种室后,排种器播种精度提高。该研究表明,减小排种器中水稻种子之间的挤压力和摩擦力,改善种子的流动性,从而使吸种盘上吸孔对种子的吸附能力增强,是提高水稻气力式精量穴播排种器的性能的重要途径。该文为水稻气力式排种器结构优化与性能提升研究提供了重要参考。     

叶轮旋转式葡萄藤埋土单边清除机研制

针对目前春季中国北方葡萄种植主产区人工进行葡萄藤清土作业效率低、机械化程度低等问题,该文设计了一种适应于单边清土的叶轮旋转式葡萄藤清土机,主要由机架、刮土部件、叶轮部件和平土搅龙部件组成。刮土部件和叶轮部件能够分别将葡萄藤上方和侧面土壤清除,平土搅龙部件能够将清除的土壤进一步向行间输送并使其均匀地平铺在葡萄行正中间。以机器前进速度、叶轮转速和搅龙转速为因素,以清土中心距为指标,在离散元软件EDEM中对葡萄藤清土机作业进行仿真试验,得到最佳工作参数:前进速度1.2 m/s、叶轮转速420 r/min、搅龙转速300 r/min,此时清土中心距为44 mm。加工物理样机并进行田间试验,田间试验结果与仿真结果基本一致,两者清土中心距的相对误差约为15%,满足葡萄藤清土机单边清土的作业要求。该研究可为后续其他类型葡萄藤清土机的研制提供参考。     

油菜联合收获机分离清选差速圆筒筛设计与试验

为减少油菜联合收获机旋风分离清选系统负载和提高清选性能,该文设计了一种与旋风分离清选装置配合使用、可对油菜脱出物进行初步筛分的差速圆筒筛。分析计算了筛网与助流装置转速范围,开展了基于EDEM的性能指标正交试验,以筛分损失率与筛下物清洁率为指标,以筛网转速、助流装置转速和助流装置投影面齿数为影响因素,得出了最佳参数组合,并开展了台架及田间验证试验。仿真结果表明:最佳参数组合为筛网转速35 r/min,助流装置转速80 r/min,助流装置投影面锯齿数6个。台架验证试验表明:整机喂入量3 kg/s、脱出物喂入量为1 kg/s条件下,差速圆筒筛与旋风分离清选装置配合使用,清选系统油菜籽粒总损失率为4.83%,其中筛分损失率为3.97%,清洁率为85.7%,风机转速可降低36.9%。田间试验表明:清选系统损失率平均值为5.9%,籽粒清洁率平均值为84.4%,平均功耗为3.48 kW,差速圆筒筛作业顺畅。该研究可减少旋风分离清选负载,为油菜联合收获机清选系统的结构改进和优化提供参考。     

机械压实对农田土壤性质及土壤侵蚀的影响研究进展

土壤是耕地的重要组成部分,也是农田生态系统的基础,健康的农田土壤对抵抗自然营力如风力、水力、风力等导致的土壤侵蚀至关重要。但随着近些年来农业机械的普及发展,农田土壤也遭受更严重的机械压实。机械作业过程中农田土壤遭受的压实对农田土壤理化性质及土壤生物产生不良影响,机械压实也使农田土壤抵抗侵蚀的能力受到影响,这种影响主要通过机械压实对土壤物理性质的影响间接实现。为明确农田机械压实的研究现状及压实对土壤侵蚀的影响机理,该研究概述了农田土壤机械压实的起因,阐述了机械压实对土壤性质的影响及其作用机理,讨论了机械压实间接影响土壤侵蚀的因素。总结发现,目前研究主要集中在机械压实对土壤性质的影响、土壤性质对土壤侵蚀的影响方面,鲜有研究机械压实对土壤侵蚀的影响机制。最后针对目前机械压实研究的不足提出了未来研究的方向,并探讨了农田土壤机械压实与土壤侵蚀之间的联系,以期将现有机械压实研究理论更好应用到实践,趋利避害,为国内农田土壤侵蚀防治提供参考。     

秸秆生物反应堆对温室葡萄根围土壤微环境及生长的影响

为了探究秸秆生物反应堆对寒冷地区温室葡萄根系周围土壤微环境及生长的影响,在温室内开展了葡萄秸秆生物反应堆栽培试验,共设计了4个处理(秸秆2.4×104 kg/hm2+发酵菌种配比2‰、秸秆3.6×104 kg/hm2+发酵菌种配比2‰、秸秆2.4×104 kg/hm2+发酵菌种配比3‰、秸秆3.6×104 kg/hm2...     

深松旋耕碎土联合整地机设计与试验

为减少耕作阻力、改善土壤耕层结构、提高碎土率,该文对联合整地机的深松部件、碎土机构进行设计,设计了入土角度可控的自激振动深松铲,并建立了自激振动深松铲的运动学模型和力学模型,确定弹簧行程为15mm、负载为7 500～15 000 N,并确定了弹簧的结构参数。设计了具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并依据农艺要求确定了其结构参数。通过室内土槽试验,验证了自激振动深松铲的减阻效果和耕作质量,并对整机的作业质量进行了田间测试。土槽试验结果表明:与对照相比,自激振动深松铲平均减阻9.22%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.16%和77.21%,减阻效果明显,作业效果较好。田间试验结果表明:联合整地机的深松深度稳定系数、旋耕深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.92%、92.50%、1.17 cm和93.36%;笼状碎土辊在整个试验过程中未出现土壤粘附和拥堵现象,碎土率为84.18%,加装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.41%,笼状碎土辊的碎土率提高了12.77个百分点,碎土效果明显改善。深松旋耕碎土联合整地机减阻效果明显、整地质量好,可有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重,提高蓄水保墒能力。