双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机的设计与试验

针对马铃薯先覆膜后播种种植方式无配套膜上打孔播种机具的问题,该文基于西北黄土高原雨养农业区马铃薯大垄双行栽培模式,设计了双曲柄多杆式马铃薯膜上打孔种植机。对样机关键部件进行了分析与设计,建立了双曲柄多杆膜下成穴机构的运动学模型,确定了双曲柄多杆膜下成穴机构、侧开式排种机构、提土装置、对穴覆土装置结构及工作参数,确立了传动系统方案,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,膜下播种深度合格率、穴孔错位率、穴距合格率、膜孔全覆土率和地膜采光面机械破损程度分别为92%、5%、88%、93%和52.1 mm/m~2。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现马铃薯膜上打孔播种和对穴覆土一体化作业。     

悬挂式电动柔性疏花机控制系统设计与试验

为提高机械柔性疏花机对果树品种、树冠形状和大小的自适应性,设计了一种悬挂式电动柔性疏花机。基于仿形疏花的工作要求,确定了仿形参数关联式;采用超声波冠形探测方法,开发了嵌入式仿形疏花控制系统。田间试验测得仿形疏花执行机构的位置伺服控制误差较小,平移丝杠在位移目标值4.7～36 cm内的平均误差为0.17 cm,最大误差为0.9 cm;仿形丝杠在位移目标值5.7～15.3 cm内的平均误差为0.07 cm,最大误差为0.4 cm。结果表明所设计的仿形控制系统能满足疏花机平面位置伺服控制的精度要求。该研究可为果园疏花机械的结构设计和运行控制提供参考。     

固定式打孔播种机工作过程的理论分析与计算机仿真

提出一种结构新颖的打孔式播种机——固定式打孔播种机，对这种播种机的工作过程进行了理论分析和计算机仿真，为这种播种机的设计和使用奠定了理论基础。     

固定式打孔播种机工作过程的理论分析与计算机仿真

提出一种结构新颖的打孔式播种机——固定式打孔播种机，对这种播种机的工作过程进行了理论分析和计算机仿真，为这种播种机的设计和使用奠定了理论基础。     

手提式挖坑机开合螺母式自动进给机构的设计与试验

挖坑机钻头进给量是影响其扭矩和工作效率的重要因素,研究挖坑机进给量与其动态力学参数之间的变化规律对开发挖坑机具有重要意义。该文首先根据开合螺母的工作原理,利用解析法分析了开合螺母机构的运动特性,确定出了其动销轨道角为105°,进而设计出了一种开合螺母式自动进给机构的手提式挖坑机,不仅实现了挖坑作业的自动化,又能迅速完成回程运动。然后基于挖坑机升土理论,分析了挖坑机钻头进给量与其升土效果之间的影响关系,并通过试验进行了验证,从而为挖坑机进给量的设计提供了参考。研究表明,开合螺母螺距为5 mm时,挖坑机扭矩及其波动幅度均较小、工作效率最高。     

涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机设计

为了寻求更高效、更可靠的辅助授粉方法,以利于实现杂交水稻制种的全程机械化,该文设计了一种涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机,采用计算流体力学技术对涵道风扇式授粉器的流场特性进行仿真研究与试验分析,并试制了样机,根据仿真试验得到的授粉器优选参数,进行了田间验证试验。试验结果表明,在授粉机行走速度为1.5 m/s及授粉器电机转速为9 000 rad/min条件下,单位视野内母本厢花粉采集点的花粉平均粒数为8.39粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),较好地满足了杂交水稻制种授粉对花粉数量的最低要求。安排了涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机赶粉与农用无人机赶粉的实际生产作业对比试验,测得2种授粉方式的结实率分别为44.2%、42.7%,两者作业效果相近,说明所设计的涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机能满足杂交水稻制种的实际生产需要。该研究为杂交水稻制种机械化提供了参考。     

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。     

刷辊式采棉机的改进设计与试验

为提高刷辊式采棉机作业质量,满足轧花厂对统收式采棉机采获籽棉的进厂要求,该文在已有4MZ-3B型刷辊式采棉机工作时存在问题基础上优化刷辊工作参数并增加与刷辊配套使用的回流结构提升了采净率,降低了落地损失率、挂枝棉率、漏采率;改进挑棉辊形式,避免该部件因缠绕造成棉桃分离气力输送管道入口堵塞的现象,降低整机故障率;将棉桃分离气力输棉管道由气吹式改进为气吸式,提高棉桃回收率;将气棉分离装置由网孔式改进为切线导流式,解决了棉桃分离气力输棉管道与机载预处理装置过渡问题,在排出气流的同时保证物料运动顺畅;将机载预处理装置由"一清一回收"式改进为"一清二回收"式,降低籽棉含杂率及清杂损失率。设计改进及优化后形成4MZ-3C型刷辊式采棉机,并进行对比试验。与4MZ-3B型刷辊式采棉机相比,采净率提高了3.42%、落地损失率降低了0.85%、挂枝棉率降低了0.89%、漏采率降低了1.05%、棉桃回收率提升了74.57%、清杂损失率降低了0.63%、籽棉含杂率降低了3.71%。将4MZ-3C型刷辊式采棉机各项指标均优于采棉机作业标准,在获取高采净率的同时,保证籽棉的低含杂率,可充分满足中国棉花生产机械化需求。     

生鲜饵料离散式投饵机设计与试验

针对目前专为生鲜饵料设计的投饵机种类较少,且凶猛肉食性水产生物生鲜饵料喂养过程中密集投喂易引起夺食致伤致死的现象,该研究以虎斑乌贼为例,基于离心式投饵原理,提出生鲜饵料离散式投饵机设计思路,设计以西门子PLC为控制核心,MCGS触摸屏为人机交互界面的自动投饵机。该投饵机设计了适用于生鲜饵料的振动分筛盘实现生鲜饵料逐条抛投,拥有饵料抛投速度、方向、仰角的实时可控的子系统以及多段程投饵模式,实现离散式投饵。投饵机基础性能测试和投饵模式验证试验结果表明,多段程投饵模式可实现纵向抛投距离1.8～8.0 m,横向抛投距离0～3.9 m,抛投面积约26 m2范围内的饵料离散抛投,覆盖81.2 %的8 m×4 m室内养殖池;该投饵机转盘转速小于900 r/min时,平均饵料破碎率低于3.3 %,转速高于900 r/min时饵料破碎率激增,最大有效抛投距离10.5 m。该研究可为今后生鲜饵料投饵机和离散式投喂提供参考。     

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。     

基于"三层"融合的松嫩平原盐碱地资源特征

构建盐碱地资源系统分析框架，清晰界定盐碱地概念与分类，对于盐碱地资源调查、治理与利用具有重要的意义。本研究基于地球关键带理论与逻辑，构建涵盖利用层、土壤层和DEM三层融合的盐碱地资源系统分析框架，界定盐碱地与盐碱土概念及类型，结合土地利用现状图、土壤图和DEM图，采用GIS叠加分析方法，分析松嫩平原盐碱地资源特征。结果表明：1）基于地球关键带理论和逻辑，以立体空间作为组织和联系各层级的纽带，以数字高程为基底，按照垂直和水平纬度，构建起的土地利用层、土壤层、DEM层"三层融合"的盐碱地资源系统分析框架清晰地界定和表达了盐碱地概念和特征；2）盐碱地是一种土壤类型为盐碱土的土地利用类型，下属盐碱耕地、盐碱林地、盐碱草地、盐碱湿地、盐碱未利用地和其他盐碱地6个类别，盐碱土分为盐土、碱土和盐碱化土3种类型；3）松嫩平原盐碱地总面积254.77万hm2，主要分布于松嫩平原西南部地区，类型以盐碱耕地和盐碱未利用地居多，土壤类型以盐-碱化土为主；4）盐碱耕地和盐碱未利用地海拔集中在100～150 m，坡度平缓。该研究可为盐碱地资源调查提供理论和方法支撑，为松嫩平原盐碱地治理与开发提供科学依据。     

玉米免耕播种机主动式秸秆移位防堵装置的设计与试验

针对黄淮海麦玉轮作区小麦秸秆全量还田下苗床整备前存在多机具多次下田、生产成本高以及传统玉米免耕播种机在小麦秸秆全覆盖地作业时存在开沟壅堵、架种、晾种等问题,该文设计了一种基于"秸秆移位"防堵思路的主动式秸秆移位防堵装置。运用EDEM软件构建无支撑秸秆全覆盖土壤离散元模型,在秸秆-土壤-主动式防堵装置系统中进行秸秆移位虚拟仿真,设定了主动式秸秆移位防堵装置的刀轴驱动转速为500 r/min、回转半径为120 mm、刀盘幅宽为216 mm及刀齿入土深度为10 mm,利用仿真数据对秸秆扰动位移、清秸率进行分析,检验主动式秸秆移位防堵装置结构参数和运动参数设计的合理性。田间试验结果表明,安装主动式秸秆移位防堵装置的玉米免耕播种机的作业通过性稳定,改善种床环境,开沟壅堵次数为0次,秸秆清秸率为90.21%,相比仿真减少8.29个百分点。该研究可为小麦高留茬、秸秆全覆盖地的玉米免耕播种机的设计与推广提供参考。     

河套灌区不同掺沙量对重度盐碱土壤水盐运移的影响

采用室内土柱模拟试验,研究不同掺沙量对土壤入渗特征与水盐运移的影响。共设置了CK（不掺沙）、S1（掺沙2%）、S2（掺沙4%）、…、S15（掺沙30%）16个试验处理,测定不同处理试验期间土壤含水率和含盐量的变化。结果表明：1）随着土壤表层掺沙量的增加,土壤的累积入渗量与湿润峰运移速度都呈逐渐增加的趋势;当掺沙比例为18%～24%时,土壤稳定入渗速率在0.065～0.091 mm/min之间;掺沙比例为26%～30%时,土壤稳定入渗速率大于0.1 mm/min,土壤持水能力较低。2）不同处理在7、11、15 d的土壤平均含水率差异显著（P<0.05）,适当增大掺沙量可以有效促进土壤水分向下运移,掺沙比例过大会降低土壤的持水能力。3）当掺沙比例小于24%时,不同处理7 d的土壤含盐量差异显著（P<0.05）;S9～S12处理在20 d时30 cm土层的土壤含盐量相比不掺沙的处理降低90%以上,能够同时保证土壤的脱盐能力和持水能力。4）Kostiakov模型能够很好地在本研究中对土壤水分入渗过程进行模拟。该研究结果可为表层土壤掺沙改良河套灌区重度盐碱地提供理论支持。     

水-空气引射式冰下深水增氧机的设计与性能试验研究

根据水-空气引射原理设计了一种新型增氧机，可同时进行冰下和深水的增氧，以解决我国北方地区冬季鱼类供氧和鱼池水质净化问题。对其主要结构参数进行了设计计算和试验研究。结果显示，当喷嘴直径d_p1=25 mm、混合室直径d₃=48 mm、截面积比f₃/f_p1=3.69时，该装置的进气量最大，增氧动力效率最高；进气量与增氧动力效率之间呈正相关关系；增氧动力效率随深度的增加而提高，增加率为0.49 kg O₂·m^-1；喷嘴位置对动力效率和进气量并无影响。同时还建立了有关参数的回归方程式。     

果蔬真空-蒸汽脉动漂烫机的设计与试验

针对现有漂烫机漂烫时蒸汽和物料之间存在空气间层热阻,蒸汽不能迅速向物料传递热量而导致的漂烫不均匀、装载量小等问题,设计了一种真空-蒸汽脉动漂烫机。该漂烫机由抽真空系统、蒸汽系统、漂烫罐体以及自动控制系统构成,抽真空系统可以及时去除漂烫罐体内冷空气和漂烫之后的蒸汽。采用计算流体力学软件Fluent对漂烫罐体内气流流场进行模拟,结果显示增加扰流板和扰流孔后内部流场均匀,计算值和模拟值最大相对误差为5.2%。以漂烫百合为例进行了漂烫机的性能验证试验,结果表明:真空-蒸汽脉动漂烫均匀性良好,百合片在60℃热风干燥时间一致为11h,干后色泽无显著性差异。干燥时间随漂烫时间和循环次数的增加而先减小后增大,随真空度的增加而增大。当真空度为10kPa,真空时间为5s,漂烫时间为30s时,循环3次百合漂烫后的干燥时间最短,色泽变化较小。该研究解决了现有蒸汽漂烫机存在的漂烫不均匀、装载量小等问题,为其后续推广应用提供了参考。     

秸秆深埋还田开沟灭茬机设计与试验

秸秆还田是农作物秸秆综合利用最为直接的形式,深埋还田能打破犁底层、培肥地力,并提高土壤抗旱保墒能力。在秸秆深埋还田时,由于作物根茬未粉碎,深开沟的同时会出现大块土垡。秸秆深埋后还需对根茬和土垡进行二次粉碎,增加了作业成本。为满足秸秆深埋还田开沟灭茬碎土的需求,设计研制了一种集开深沟、碎土、灭茬等多道工序的用于秸秆深埋还田的开沟灭茬机。以导向铲入土深度、灭茬刀转速、灭茬深度为试验因素,机器的作业阻力和灭茬碎土率为试验指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明导向铲入土深度和灭茬深度对作业阻力有极显著影响,灭茬刀转速对灭茬碎土率有极显著影响。在开沟深度为35 cm时,导向铲入土深度、灭茬刀转速和灭茬深度分别为100 mm、340 r/min和60 mm时,开沟灭茬机的作业性能最好,作业阻力为21.6 k N、灭茬碎土率为96.3%、开沟深度稳定性为92.4%。试验表明该机具有很好的开沟、灭茬、碎土效果,该研究为秸秆深埋还田机具的研制和配备提供参考。     

悬挂振动式油茶果采摘执行机构设计与试验

为促进油茶果产业的健康发展,提高油茶果采摘效率,降低成本,该文设计了一款悬挂振动式油茶果采摘机。在分析采摘执行机构的机构组成和工作原理的基础上,建立了采摘执行机构-油茶果采收动力学模型,得出了该系统稳态响应下的振幅表达式以及影响因素。通过对油茶树实地尺寸测量,对油茶树进行三维建模,利用ANSYS对油茶树建立柔性体模型,运用ANSYS和ADAMS对采摘执行机构-油茶树采摘系统进行刚柔耦合仿真分析,得到侧枝加速度与夹持高度和频率之间的关系以及果树夹持位置的运动轨迹,分析表明,果树在受到双偏心块式激励时,侧枝加速度呈周期性变化,夹持位置做往复直线运动,和采收动力学模型分析一致。利用油茶果采摘机进行采摘试验,试验结果表明,激振频率和夹持高度对树干振幅有影响,落果率和落花率随着采摘频率增加而增加,落果率随着加持高度增加而增加,落花率随着夹持高度增加而减小,在15 Hz和夹持高度1 300 mm时,能得到较高的落果率和较低的落花率,分别为95.1%和4.8%。     

天津滨海盐碱土灌排改良工程技术参数估算方法

为了控制盐碱土灌排改良质量、节约水土资源和降低改良成本,必须合理规划设计灌排改良工程技术参数。该文系统分析盐碱土灌溉冲洗与排水改良,把暗管排水条件下盐碱土冲洗改良水分运动视为二维稳定流,根据水盐运移特征,运用Vedernikov入渗方程、Van der Molen淋洗方程、水量平衡方程等推求盐碱土灌排工程改良暗管间距、淋洗定额等技术参数,提出了适应滨海新区自然环境的灌排改良工程技术参数估算方法,并通过算例进行了演算;计算值与当前滨海新区盐碱土灌排工程改良采用的经验数据比较接近。研究结果为天津滨海新区盐碱土生态治理规划提供了参考依据。