A Geometrical Analysis of Inclined and Tilted Spherical Plough Discs

An analysis is presented of the effect of disc geometry in relation to its areas of contact with soil at the working depth, treating the disc as a segment of a thin spherical shell. In addition, the effects of the disc angle of tilt, the disc angle of inclination to its direction of motion and the working depth are examined in detail. Shallow and deep disc concavities are considered. A presentation is made of formulae derived for disc critical angle and depth and for bearing and pressure areas of contact with the soil on vertical and horizontal planes. In addition, a study was made of the overlapping of soil working areas when adjacent discs are working in a gang arrangement. The effects of inside and outside sharpening of the circumferential edge of the disc are also examined.For the practical range of tilt angle (15° to 25°) and disc angle (35° to 55°) it is shown that the bearing area of the rear spherical area of discs is zero, so there is no soil contact with the rear surface of the disc. The vertical pressure area is only slightly affected by tilt angle and there is little difference for the two disc concavities. Disc angle and working depth have significant effects on this area. The horizontal presssure area is not affected by disc angle over its practical range. It has larger values for the 81 mm concavity than for the 51 mm concavity and is significantly influenced by tilt angle and working depth. Discs working in a gang, have overlapping of the areas of soil cut for disc angles and spacings (180 to 300 mm) adopted in practice. The area cut by an individual disc is not markedly affected by disc angle. Inside and outside sharpening does not significantly affect the overall findings concerning critical disc parameters. The flat bevelled surface formed by outside sharpening will generally be in contact with soil over the practical range of tilt and disc angles.     

标准型、缺口型和螺旋缺口型圆盘耙性能比较（摘选）

对标准型、缺口型和螺旋缺口型圆盘耙性能分别在室内3个装有沙壤土的土槽测试耕作圆盘的性能。实验室测试设置包括土槽系统和数据采集系统。双扩展八角形环（DEOR）传感器和滑环扭矩传感器,用于三维应力和扭矩测量。圆盘角和旋转速度是研究对象。对于所有型式的圆盘耙而言,使用外源动力驱动都可以减少土壤作用在耕作圆盘耙上的合力。形态各异的切割边缘显著影响耕作圆盘耙的受力和对土壤的切削作用。螺旋缺口圆盘耙表现出比缺口和标准圆盘耙低的土壤作用。螺旋切削刃提供剪切割行动,消除冲击载荷,提供流畅的操作。由于其能对作物残留物进行有效切割,因此,螺旋缺口圆盘耙是适合保护性耕作作业最具潜力的机具。      

Force Measurements on Driven Discs

Experiments were carried out under controlled conditions in a soil bin containing sandy-loam soil to study the effects of varying the speed ratio (ratio of peripheral disc speed to forward speed), disc angle and tilt angle settings, on the performance of adriven disc. The hydraulically powered disc provided speed ratios from −3 (backward) through approximately 1 (free wheeling) to 6 (forward). Disc angles were varied from 20 to 65°, from the direction of travel, and tilt angles from −15 to 30° with respect to the vertical. It was observed that there was a major reduction in draught force and specific draught resistance in all cases when disc speed increased from freely rotating to forward speed ratios of approximately 3. Driving a disc in the reverse direction reduced penetration resistance at certain angle settings. Backward-driven discs were also found to reduce side forces on the concave side of the disc and increase those on the convex side. Total power consumption and specific total power increased significantly when the disc was driven in either direction. The angle setting also affected the driven-disc performance. The optimum angle setting in terms of minimizing force and power requirements occurred at a disc angle between 35 and 50° with approximately 0° tilt angle. Observations of soil disturbance showed that driving a disc either backward or forward improved soil mixing and pulverization characteristics.     

基于EDEM-CFD耦合的内充气吹式排种器优化与试验

针对内充气吹式排种器对圆形种子适应性差、排种效果不佳的问题,对内充气吹式排种器进行优化设计,为增强种子充填容积和气流压附力在型孔底部开设不同结构的槽孔。基于离散单元法理论建立玉米籽粒粘结颗粒模型,运用EDEM-CFD耦合分析方法,以型孔内种子在排种盘转动过程中所受的曳力值为指标,在入口风速为30 m/s、前进速度为8 km/h的工作条件下对3种不同型孔结构排种盘进行圆粒种子排种效果的耦合仿真,分析排种过程中圆粒种子所受曳力的变化情况及清种和压种性能。仿真结果表明:同一排种盘中,因大圆粒种子迎风面积大于小圆粒种子,所受曳力均大于小圆粒,迎风面积大的颗粒更易被清出型孔;径向内开方孔盘型孔内气流对颗粒的曳力及压附力均较大,且增大了型孔对种子在径向方向的充填容积,该盘对圆粒种子及混合种子的工作效果均较好。为验证仿真结果进行台架试验,当前进速度为8 km/h时进行3种排种盘工作压强的单因素试验,结果表明,径向内开方孔盘合格率随工作压强的增大而增大,当工作压强大于5.5 k Pa时,合格率超过95%,明显优于其他2个排种盘;对径向内开方孔盘进行前进速度为4~12 km/h、工作压强为4~8 k Pa的双因素试验,结果表明,合格率随着前进速度和工作压强的增大而增大,针对不同前进速度,当工作压强高于6 k Pa时,合格率接近96%,漏播率低于1%。     

驱动圆盘刀切断玉米秸秆和根茬的土槽试验

通过动力驱动的平圆盘和缺口圆盘切断玉米秸秆和根茬的土槽试验研究表明，随着刀轴转速和机器前进速度增加驱动圆盘刀功率消耗随之增加。当刀轴转速为350r／min、机器前进速度为0．65m／s时，在有秸秆和根茬土壤地表上缺口圆盘刀消耗的功率是平圆盘刀的45％。当刀轴转速大于350r／min即圆盘圆周速度大于7．4m／s时，缺口圆盘刀秸秆切断率和根茬切断率达到97％以上。     

生物柴油/柴油发动机排放颗粒电镜分析

利用高分辨率透射电镜研究了三缸直喷式柴油机在两种供油提前角和两个工况时,燃用两种比例的生物柴油/柴油混合燃料时产生的颗粒微观结构和尺寸。结果表明,在所研究的条件下,发动机燃料燃烧产生的颗粒由球形的原始粒子构成,且呈现出不同形状,具有分形结构特性;原始粒子具有多层类石墨微晶结构,且存在无序内核区。B0和B20燃料产生的原始粒子的直径分别在25.6～31.3 nm和28.7～40.0 nm之间,燃用生物柴油时产生的颗粒原始粒子平均直径大于柴油。     

Effect of filter, emitter and location on clogging when using effluents

The effect on emitter clogging of four filtration systems (sand, screen, disc and a combination of screen and disc filters) and six emitter types placed in laterals 87 m long, using two different effluents with low suspended solid levels from a wastewater treatment plant, was studied for 1000 h. Four of the emitters were molded and welded into dripline wall, two of them being pressure-compensated and the other two non-pressure-compensated. The other two emitters, both pressure-compensated, were inserted into thick wall. Emitter clogging was affected mainly by emitter type, location along the lateral and the interaction between these two factors. Differences among emitters with larger clogging were only observed at the end of dripline. Two molded and welded emitters showed the worst performance: one non-pressure-compensated with the lowest passage section, and the other pressure-compensated that, after 800 h working at higher dripline flow and particle load, experienced an important decrease in flow rate. Only with the effluent that had a higher number of particles, did the filter and the interaction of filter and emitter location have a significant effect. Emitters placed after screen and sand filters showed the largest flow rates at the lateral ending, even though only sand filtration significantly reduced turbidity and suspended solids. Emitters protected by a disc filter experienced the largest flow rate reductions.     

南瓜种子姿态约束定向组合式排种器设计与试验

为实现南瓜种子定向播种,提出先调整南瓜种子运动姿态再进行定向的组合式定向方法,设计了一种南瓜种子组合式定向排种器。该定向装置的关键部件包括限位清种板和导向板两部分。基于南瓜种子几何特性确定了限位清种板的结构参数。建立南瓜种子定向过程的运动学方程,明确了南瓜种子定向过程中姿态变化与导向板结构参数的关系,确定了导向板结构参数。利用CFD-DEM耦合法,验证了南瓜种子组合式排种器定向排种的可行性,确定了排种盘转速取值范围。搭建试验台,以平躺吸附率为试验指标,通过单因素试验确定了排种盘型孔直径。以单粒率为试验指标,通过单因素试验确定了负压和排种盘型孔数取值范围。选取负压、排种盘型孔数、排种盘转速为试验因素,以单粒率、定向成功率为试验指标,进行了三因素三水平二次中心组合试验,得出影响排种器单粒率的主次因素为负压、排种盘型孔数、排种盘转速,影响排种器定向成功率的主次因素为排种盘转速、负压、排种盘型孔数。对优化后参数进行田间验证试验,结果表明,当排种盘型孔数为16、负压为10kPa、排种盘转速为4r/min时,单粒率为94.7%,定向成功率为82.7%,南瓜种子落入穴盘的正负偏转角度为18.5°。     

对称翼型转轮双向竖井贯流泵装置

为了使转轮具有相同的正向和反向性能,可采用压力面和吸力面相同的翼型即对称翼型.针对城市水环境治理工程中超低扬程双向抽水的要求,对基于对称翼型转轮的双向竖井贯流泵形式的装置,研究了其水力性能.运用三维数值模拟技术优化获得了泵装置进、出水流道型线和控制尺寸.依据国家相关试验方法和规程,基于高精度水力机械试验台,从大流量到小流量依次测试了正反向工况下各5个叶片角度下的水力性能.模型试验结果表明,该装置形式可以获得较好的正反向能量特性.根据莫迪公式换算的原型性能结果表明,裴家圩泵站中采用的对称翼型转轮双向竖井贯流泵装置,可以保证正反向工况下均能高效运行,运行效率均超过了60%.该研究成果对同类双向超低扬程泵站的选型和设计有着重要参考价值.     

免耕播种机侧深分层施肥播种部件设计与试验

为减少追肥机具进地次数、最大限度地提高肥料利用率,针对因秸秆残茬分布不均、侧深施肥导致播种带两侧土壤紧实度不一致而引起免耕播种机横向稳定性差、掉垄的问题,设计了一种可以底肥侧位深施、口肥垂直分施的免耕播种机侧深分层施肥播种部件。以直斜错位双圆盘肥种沟开沟器的圆盘直径、圆盘夹角和圆盘倾角为试验因素,以前进阻力、侧向合力及开沟深度稳定性系数为试验指标,对影响机具横向稳定性和作业质量的参数进行分析和试验。结果表明,当圆盘直径为352 mm、圆盘夹角为14°、圆盘倾角为7.5°时,肥种沟开沟器前进阻力为585.96 N、侧向合力为181.95 N、开沟深度稳定性系数为91.46%。样机性能试验表明,种肥垂直距离合格率为91.7%,种肥侧向距离合格率为92.4%,播种深度变异系数为10.7%,播种横向变异系数为28.4%,满足侧深施肥播种质量要求。     

圆盘切割式剑麻采摘装置设计与仿真

针对剑麻人工收割劳动强度大、效率低、成本高等问题，结合剑麻叶片物理特性和收割工艺特点，设计一种圆盘切割式剑麻采摘装置。首先，简述整机结构与工作原理；然后，对装置关键部件的结构进行设计，通过对刀具在切割过程中的受力与运动分析，确定刀具的回转半径和转速等结构与运行参数；最后，运用ANSYS对圆盘刀具进行静力学和模态分析，进而仿真优化刀盘结构，以刀具回转半径和安装角度为试验因素，刀具底部的最大应力和刀具顶部的最大形变量为评价指标进行两因素三水平正交仿真试验。仿真试验结果表明：当刀具安装角度为28°，最大回转半径为105 mm时，刀具的最大变形量为0.09 mm，最大应力为9.38 MPa，远小于刀具材料的最小屈服强度345 MPa；安全系数最小值为15，远大于1，最小循环次数为1010，进入了无限寿命区；根据刀具前6阶模态分析知，刀具的工作转速800 r/min，远小于极限转速。以上研究表明，刀具的刚度、强度和安全系数、疲劳寿命均满足要求，且不会发生共振现象。研究为剑麻收割机的设计及刀具避开共振点频率，减小因振动产生的变形，提供理论和技术参考。     

离心泵叶轮平衡腔内液体流动特性及圆盘损失分析

在离心泵0.8Qsp、Qsp、1.2Qsp流量工况点,外特性及平衡腔内流动特性数值计算结果与试验结果基本一致的基础上,研究平衡腔液体流场分布情况,绘制平衡腔内液体不同角度和半径无量纲圆周、径向分速度沿轴向分布曲线,分析平衡腔液体流动特性,计算平衡腔区域叶轮盖板外侧圆盘摩擦损失。结果表明:平衡腔液体流动存在核心区和两湍流边界层,主要流动特征为圆周剪切流与径向压差流。同一流量点,平衡腔流动核心区无量纲圆周分速度随半径的增大而减小,无量纲径向分速度近似为零,而湍流边界层液体受泄漏流影响较大,且不具有轴对称性。流量越小,同一角度和半径的平衡腔液体旋转角速度越小,平衡腔区域叶轮圆盘摩擦损失越大。泵内圆盘摩擦损失理论公式未考虑流量工况变化因素影响,且理论公式结果大于试验结果和数值计算结果。     

胡萝卜联合收获机单圆盘对顶切割装置设计与试验

针对胡萝卜联合收获过程中对顶切割装置作业后胡萝卜损伤率高、切净率低等问题,设计了一种单圆盘对顶切割装置,并阐述了其主要结构及工作原理。在统计分析胡萝卜基本物理特性的基础上,通过理论计算确定了斜拉式导向齐平对顶机构的两对齐基板间距、拉齐区长度和对齐基板斜边角度等主要结构参数,达到胡萝卜茎叶精准拉齐的目的。以螳螂前肢胫节曲线为原型,将拟合优化后的曲线形状应用至圆盘动割刀和直割刀刃口上,构建切割机构-胡萝卜茎叶力学模型,分析其满足胡萝卜被高效切断的条件。对圆盘割刀进行运动学分析,建立圆盘割刀前进方向的运动学模型,确定影响装置工作性能的因素为胡萝卜输送速度和圆盘割刀转速。以胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速(胡萝卜输送速度)和圆盘割刀转速为试验因素,以胡萝卜根茎损伤率、茎叶切净率、切割平整度为试验指标,进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,通过对试验结果进行分析优化,确定最佳参数组合。结果表明,当胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速为113 r/min、圆盘割刀转速为156 r/min时,对顶切割装置性能最优,此时胡萝卜损伤率均值为0.53%、切净率均值为95.41%、平整度均值为94.10%。对优化结果进行田间试验验证,验证结果与优化结果基本一致,作业过程中装置工作平稳。     

四杆平移式大豆小区育种排种器设计与试验

针对大豆小区育种清换种作业操作繁琐的问题,本文设计了四杆平移式大豆小区育种排种器。采用平行连杆机构配合可旋转的排种盘完成清换种作业,根据大豆小区育种作业要求对整机关键部件进行了设计,通过理论分析确定了大豆充种下限角度与排种盘转速的关系,以及排种器的排种盘直径、型孔尺寸、型孔数量、毛刷角度等结构参数数值。采用离散元软件进行仿真,模拟了排种器的排种过程,首先分析并验证了排种盘转速与下限角度的关系,进而在此试验基础上分析了种箱厚度对残余种子数的影响,试验结果表明：下限角度随排种盘转速增大逐渐减小,残留种子数随种箱厚度增加先减小后增大,并确定了下限角度119°、种箱厚度11 mm为排种器的优化结构参数。在最优参数下的田间试验表明：在理论粒距下排种器顺利清换种,作业结束后种箱内无种子残留,同时在作业速度3.6 km/h时粒距平均合格指数87.61%、重播指数6.63%、漏播指数5.75%,均达到优等品标准。     

免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化

针对中国东北地区玉米秸秆粗壮量大、不易腐烂,造成免耕播种机破茬防堵装置秸秆根茬切断率低和作业所需切割扭矩大的技术难题,以蝗虫口器多段阶梯锯齿状结构和双上颚异向等速咬合运动方式为仿生原型,设计一种可在东北地区实现高效破茬防堵作业的动态仿生破茬装置。通过仿生构建、机构设计、理论分析和参数优化等方法设计了行星齿轮变速机构和仿生破茬刀;运用Arduino系统和智能控制方法设计了智能驱动系统,实现了运动方式-结构耦合仿生;通过参数优化试验和回归分析等方法,研究了结构和作业参数对秸秆切断率和切割扭矩的影响规律,并得出最佳参数组合:作业速度为10 km/h,回转半径为250 mm,正转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为9,反转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为18;最终通过对比试验得出动态仿生破茬装置相较于被动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率22.6%~27.4%;相较于驱动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率8.6%~13.5%,降低扭矩输出19.5%~21.8%;作业后使用共聚焦激光扫描仪进行耐摩擦磨损对比试验,其平均表面粗糙度和最大磨痕深度相较于驱动缺口圆盘破茬刀分别下降14.5%和15.9%。     

水田株间除草机械除草机理研究与关键部件设计

针对现有水田株间除草机伤苗率高等问题,进行机理分析和改进设计,采用左、右2组弹齿盘对称安装,通过软轴带动除草弹齿盘旋转,完成除草功能。通过对除草关键部件弹齿盘的运动学和水田植物(水稻稻苗和稗草)的强度分析,建立了弹齿盘的运动学模型以及水田植物的受力模型、应力模型。通过水田植物的应力模型分析,建立了水田植物的强度条件,并根据水田植物(水稻稻苗和稗草)的物理特性、弹齿盘基本参数,获得了除草盘转动角速度、弹齿数量的取值范围,并通过室内土槽试验确定了弹齿盘转动角速度为25.1 rad/s、弹齿数量为5。通过田间性能检测,结果表明,除草率为80%、伤苗率为4.5%,均达到了农艺技术指标的要求。     

回射流强度对水翼表面空化形态的影响

为了研究空化发生时翼型上表面的回射流对空化体形态特征和周期性演化规律的影响,建立了不同迎流角下的绕二维水翼流场模型,采用CFD数值模拟方法分析了发生空化时的流场压力、速度和相态分布特点;采用RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对二维水翼空化流动进行了非定常数值计算.分析了空化数为0.91,迎流角分别为4°,10°,12°时,当空化发生时回射流运动特征以及回射流对于空化产生和发展的影响规律,并基于回射流的速度和特征长度等因素,提出采用量纲一的特征数用于描述回射流的强度,分析发现回射流强度是空化体形态改变的重要因素,并提出了空化形态改变的判断依据.结果发现,当特征数处于不同数量级时,对应空泡体的不同周期性阶段;同时,特征数的大小对应不同空泡体类型.     

砂壤土中前进速度和耕作深度对主要耕作机械牵引的影响（摘选）

对一些有特殊要求的农场来说,耕作机具牵引需求数据的有效性对于选择适当的耕作机具是极为重要的。机具宽度、作业深度、前进速度、土壤情况和机具机型都影响着机具的牵引。利用放置在砂壤土中的数字荷重单元对不同前进速度（0.69、1.11和1.52 ms）和耕作深度（100、150和200 mm）,两种主要耕作机械牵引的影响进行了研究。采用的工具包括3个底圆盘犁和2个底型铧式犁。在两种方案中,速度和深度都随着工具牵引增加而增加。所有的工具牵引对深度的影响大于对速度的影响。在所有的前进速度和耕作深度的处理中,铧式犁的测量值均大于圆盘犁。基于速度和深度,对两种特殊牵引模拟了一般回归方程。      

The deposition of electrostatically charged sprays on parts of targets shaded from the spray

This paper reports experiments aimed at measuring deposits from electrostatically charged hydraulic nozzles on targets consisting of vertical columns of horizontal discs. Particular attention is given to deposits on the parts of the targets shaded from the spray. The variables investigated were disc spacing, target spacing, wind speed and charge.The results showed that charging increased target deposits under all conditions and particularly when there was no wind and the targets were well spaced apart. Disc spacing was only found to have a small effect on target deposits. Most of the effects found in the experiments are explained with the aid of a simple mathematical model.The implications of the work are discussed in relation to the results of field experiments with the charging system.     

利用盘式负压仪测定土壤导水率的计算方法对比

土壤导水率作为重要的水力特征参数之一,准确测量和计算不仅有助于促进土壤非饱和带的水分运动过程理论研究,同时可为合理确定农田灌排技术参数提供科学依据.为了比较分析在盘式入渗仪下不同导水率计算方法的适用性,针对2种土地类型(菜地、茶园)进行了4个负压水头(-9,-6,-3,0 cm)、2个盘径(10,20 cm)的入渗试验,并通过不同计算方法计算导水率.结果表明:盘径对导水率影响不具有统计学意义,且不同计算方法结果趋于一致,因此在野外缺水条件下,可考虑选用小圆盘进行试验;对于不同的土地类型,建议选择不同的方法测量,作为耕作地的菜地,计算导水率时建议使用稳态流方法,而茶园导水率的测定则推荐使用瞬态流方法;在相同负压下,不同土地利用方式对导水率的影响具有统计学意义,且对于不同的计算方法,2种土地类型在4个负压下表现的导水率变化规律一致.