退化草地复合体力学特性与影响因素研究

为采用机械手段有效打破高坚实度退化草地板结性土层形成的土壤-根系复合体结构,对退化草地形成的复合体结构基本力学特性进行了研究。通过测定退化草地复合体的紧实程度、容重、含水率、孔隙度和含根量分布,对退化草地形成的复合体的物理性状进行了分析;通过对复合体原状试样进行剪切、无侧限压缩和回弹模量试验,对复合体的抗剪、无侧限抗压和回弹等基本力学特性进行了研究,并在此基础上通过正交试验探讨了容重、含水率和含根量对上述力学特性的影响。研究发现,退化草地形成的复合体具有加剧土壤紧实程度、聚集根系向浅层分布等特征;复合体的抗剪强度、无侧限抗压强度和回弹模量因根系的存在与无根系分布的土层相比有很大变化;复合体容重、含水率和含根量均对其力学特性产生了影响,且各因素的影响存在交互作用,根系的存在可增强复合体结构的抗剪强度和无侧限抗压强度,但对于回弹模量的影响却表现出一定的差异性。     

基于三轴试验的根土复合体抗剪性能试验研究

以沙地柏群落中的土壤及其根系为研究对象,模拟采样地含水率与土壤密度,制备根土复合体。对试样进行常规三轴试验中的不排水不固结试验(UU试验)。分析不同根系分布形式及根系直径大小对根土复合体抗剪强度的影响。结果表明,沙地柏根系的加入能够提高土体抗剪强度。各级法向应力下,在特定的含根量下,且根系直径相同时,根土复合体抗剪强度与布根方式之间关系为:水平布根方式下抗剪强度最小,垂直布根居中,复合布根最大。在相同的布根方式下,根土复合体抗剪强度大小与所含根系直径间的关系为含1mm根的根土复合体抗剪强度最小,含2mm根的根土复合体抗剪强度居中,含1.5mm根的根土复合体抗剪强度最大。     

振动式果树根系断切装置设计与试验

针对矮砧密植果园根系管控中根土复合体阻力过大,果树根系断切作业不理想等问题,设计一种振动式果树根系断切装置。对切割装置受力模型分析可知,影响阻力的因素主要有锯齿弯刀参数、根土复合体参数、根土复合体与锯齿弯刀参数及作业方式参数。对振动式果树根系断切装置切割装置进行设计与分析,应用有限元仿真软件对切割装置进行切割根土复合体模拟分析,切割装置振动状态下平均切削受力为236.97N,不振动状态下平均切削受力为432.35N,达到振动减阻目的。切割装置土槽试验表明,振动状态下所受水平合力均值均小于不振动状态下所受水平合力均值225.34N,振动状态下切割根土复合体作业效果良好,对根系以及土壤起到锯切效果,减小切削阻力。通过振动状态下切割装置切割根土复合体正交试验分析可知：最优作业参数为偏心距20mm,转速3r/s,土槽作业平台前进速度0.2m/s;土壤扰动量的主要影响因素是偏心距和前进速度;影响切割装置入土稳定性主要因素为偏心距和转速,观察作业现场得知入土深度稳定,满足入土要求。整机试验表明：根系平整切割占比左侧为21.05%、右侧为17.39%,锯切占比左侧为78.95%、右侧为82.61%,由此可知,振动式果树根系断切装置作业过程中振动断切装置对根土复合体起到锯切效果,减小机具和切割装置所受阻力,起到减阻效果;由试验现场可知,机具稳定性良好,作业后留下20~25mm沟壑,与入土切割装置厚度20mm一致。土壤外翻程度小,土壤弥合较好。     

基于离散元的菠菜收获机根切铲优化设计与试验

针对菠菜收获过程中收获散乱、根切阻力大等问题,从根土复合体特性着手,分析收获过程中菠菜根、土壤与根切铲之间的互作关系,以优化根系聚拢、减少土壤雍堵和降低铲切阻力,提高菠菜切根效率。设计了一种兼具切根与根系聚拢功能的新型根切铲,建立了根切受力模型,对铲刀的关键参数进行计算优化,确定了铲刀滑切角为60°,刃口角为45°;测定了菠菜根的生物力学特性,建立菠菜根柔性体离散元模型,并基于颗粒接触力学模型的本构方程计算出菠菜根的粘结参数,结合土壤模型建立菠菜根土复合体,并对各项参数进行标定;构建了根切铲与根土复合体的铲切过程仿真,明晰根切铲的工作机理,确定影响切根与根系聚拢性能的主要参数。利用响应面法对根切铲各项参数进行优化,确定根切铲的最优设计参数为：铲翼角76°、铲翼长度占比57%、铲槽面积占比40%。田间根切试验表明：根切合格率均值为93.8%,采收率均值为87.2%。本研究可为菠菜收获机根切机构的研制提供理论指导。     

根土复合体的抗剪特性研究

为了研究根系对土体的加固效应,模拟矿区排土场边坡恢复植被油松样地的含水率与土壤密度,以根径和埋根方式为控制因素,制备根土复合体,利用全自动三轴仪,进行了固结不排水(CU)剪切试验。结果表明,与素土相比,根系能够提高土体的极限主应力差,增强土体抵抗破坏的能力。根土复合体是一种特殊的弹塑型材料,其主应力差与轴向应变曲线呈光滑非线性特征,随着围压的增大,表现出由应变硬化型向应变软化型转型的特征;围压对极限主应力差影响显著,埋根方式、根系直径对极限主应力差的影响不显著。随着根径的增加,不论是水平埋根还是垂直埋根,根土复合体的粘聚力均为增加的趋势;垂直埋根的根土复合体则随着根径的增加内摩擦角增大,而水平埋根的根土复合体的内摩擦角则有轻微的减小。根土复合体的Wu-Waldron根粘聚力模型修正系数K″范围为0.11~0.37。     

水下根土复合体原位剪切装置设计与试验

针对现有原位剪切装置不具备防水功能,试验时难以保证推力匀速进给和推力及对应位移数据的同步采集等问题,为了能在水下进行原位剪切试验来测定植物水下根系的固土能力,结合水下原位剪切的特点,设计一种水下根土复合体原位剪切装置。剪切装置由剪切系统、液压系统、数据采集系统和取样框等组成。该装置能在水下正常工作,试验时推力进给匀速,速度可调可控,能同步自动实时采集、读取、记录、存储数据,并绘制剪应力—位移关系曲线。野外试验表明水下素土的抗剪强度为4.23 kPa,是陆上的74.9%,风车草、花叶芦竹根土复合体的水下抗剪强度分别为17.52 kPa和14.38 kPa,是陆上相同RAR根土复合体的56.7%、44%。仿真分析及试验结果表明该剪切装置强度、刚度、精度、稳定性和可靠性均满足使用要求,且能较好的测定水下根系的固土能力。     

基于离散元法的板结草地破土切根刀优化设计与试验

不同结构形式的破土切根刀作业性能差异较大,为更好的打破草地土壤板结结构,对破土切根刀进行了结构设计与参数优化。应用离散元法构建土壤模型,并通过直剪试验对该模型进行参数标定;以破土切根刀的刃口角、滑切角及切齿角为试验因素,以耕作阻力、土壤扰动失效面积及比阻为目标参数,进行单因素试验和三因素五水平二次正交旋转中心组合设计试验,得到最优结构参数组合并加工优化破土切根刀进行草地试验。参数优化试验结果显示,当刃口角为37.8°、滑切角为33.6°、切齿角为51.8°时,破土切根刀作业效果最佳;草地试验表明,与三角形破土切根刀相比,优化破土切根刀在不同坚实度草地土壤的减阻率分别为11.8%和12.8%,作业后地表平整度更小且未出现明显翻垡,更符合草地作业农艺要求。研究结果可为破土切根刀的标准化设计提供理论依据。     

菠菜主根离散元建模方法与试验验证

研究根土复合体铲切过程可以获得铲切力并优化铲切结构等参数。为准确仿真根系的切割过程,利用离散元法建立了颗粒粘结的蔬菜根简化模型。以成熟期的菠菜主根为试验材料,利用WDW-5E型微机控制电子式万能试验机进行菠菜主根的物理特性试验,得到菠菜主根的力学性能参数,即峰值剪切力为31.2N、轴向峰值压缩力为113.8N。结合离散元颗粒接触模型本构方程,得出相关粘结参数值,即法向刚度系数为5.7×10~6N/m、切向刚度系数为3.6×10~6N/m,临界法向应力为1.95 MPa,临界切向应力为4.2MPa,粘结半径为0.8mm。利用上述参数建立了根系离散元粘结模型,进行虚拟试验与实际物理试验对比分析,结果表明:两者在根系剪切力的变化趋势和压缩表观特征参数上具有一致性。因此,证明本文方法可以应用于菠菜根模型建立,对根土复合模型的建立及铲刀的优化设计等具有一定的参考意义。     

油茶林立式螺旋松土除草机设计与试验

为实现低矮密集型油茶林松土、除草、除灌一体化作业,解决油茶林土壤板结、草灌杂生等问题,设计了立式螺旋松土除草机。通过对油茶林常见杂草、杂灌根系的物理力学特性分析,结合刀具运动分析,设计了立式螺旋耕刀。采用Hertz-Mindlin bonding接触模型建立了根土复合体模型,以降低功耗为目标对刀具参数进行了仿真优化,分析其对根土复合体的扰动情况,并试制样件进行了土槽试验,检验耕作效果,验证了仿真分析的可靠性。仿真结果表明：优化后立式螺旋耕刀对根土复合体的扰动率可达到91.41%,切削土壤时最大功耗为0.16 kW;切削根土复合体时最大功耗为0.77 kW。土槽试验表明：耕刀的耕深稳定性系数为92.34%,碎土率95.00%,除根率95.30%;螺旋耕刀在切削土壤时,实际测得最大转矩为7.93 N·m,比仿真值低6.57%;切削根土复合体时,实际测得最大转矩为34.84 N·m,比仿真值低4.91%,两者比较接近,验证了设计的正确性。设计的立式螺旋松土除草机满足丘陵山地油茶林松土、除草、除灌作业要求。     

9QP-830型草地破土切根机

设计了利用拖拉机输出轴的动力驱动破土切根刀正向旋转,以冲击、贯入的方式割裂退化羊草草地土壤板结层,切断羊草地下横走根茎以改良该类型退化草地的破土切根机.破土切根机上安装8组相等间距的刀盘,每个刀盘上安装3把切根刀,切根刀在刀轴上以双螺旋方式排列;刃口形状采用偏心圆曲线,横断面呈箭型;机架安装2组限深系统实现耕深在100 ～ 200 mm范围内可调.试验表明:破土切根机纯小时生产率在0.85 hm2/h以上,作业后地表沟缝宽度小于13 mm,最大切根深度为205 mm,土壤翻垡率为零,无壅土、破坏草皮等现象;机器作业后土壤容积密度有所下降,当年可使羊草增产近一倍.     

摊铺机压实机构动态特性仿真

在摊铺机中,由熨平压实机构和压实介质组成的系统,为两个自由度的非线性动力学系统,压实介质简化为粘弹塑性体.建立熨平压实机构动态特性力学模型,利用计算机仿真,研究了熨平压实机构的动力学问题,分析了熨平压实机构动力学参数变化对该系统动态特性的影响.     

灌溉水平及灌溉间隔对大豆植株干物质积累的影响

采用桶栽方法,选用黑农48为试验材料,设计4个灌溉水平及4种干旱胁迫历时进行交叉试验,研究了灌溉水平及干旱胁迫历时对大豆干物质积累的影响。结果表明,花荚期大豆植株叶、茎、根和荚果更易受干旱胁迫历时影响,干旱胁迫历时越短越有利于植株生长,灌溉水平对植株的生长影响相对弱于干旱胁迫历时。植株各器官干质量的等高线图表明高灌溉水平、短干旱胁迫历时比低灌溉水平、长干旱胁迫历时有绝对优势,同时也表现出高灌溉水平、长干旱胁迫历时处理与低灌溉水平、短干旱胁迫历时处理之间具有相似性。     

番茄果实热导率测试装置参数实

微热探针法测试热导率系统已被广泛应用于食品材料热导率的测试中.但是,由于实验条件或实验设备的限制,基于理想的线热源瞬态模型测量原理得到的结果会产生某些测试误差.针对测试误差,从探针输入电压、加热时间和样品的径向尺寸等装置操作参数的选择着手,通过实验,得到装置系统测定中输入电压的最佳值为2.5～6.5V、加热时间最佳值为20～50s.最后通过实际测试,得到了番茄果实在不同成熟阶段的热导率变化规律.     

影响感官检验棉花品级的因素探析

感官检验棉花的品级,这是农村常见的一种检测手段.它的一个主要特点就是存在不确定性.这是由于检验员的品级检验水平存在一定的差异,其中有很多因素制约着检验的结果.文章对影响感官检验结果的因素进行了系统的分析.     

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比（压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值）下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.     

迷宫流道转角对灌水器抗堵塞性能的影

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响.结果表明转角与流量系数及流态指数均呈负相关关系,而灌水器的抗堵塞能力随着转角的增加呈下降趋势.综合分析转角对水力性能和抗堵塞性能的影响,提出迷宫流道结构灌水器的合理转角为60.0°.     

叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

PLC在泵站群计算机远动系统RTU终端中的应用

以某泵站群计算机运动系统为实例，分析由PLC构成的泵站远方终端RTU的特点及功能。     

迷宫流道转角对灌水器水力性能的影

为研究齿形、梯形以及矩形流道转角变化对水力性能的影响,采用Fluent软件对不同形状下不同转角的流道进行了数值模拟.研究结果表明:当其他条件相同时,转角的变化与流量系数、流态指数呈负相关,其变化对梯形流道灌水器的流量系数影响最大,最多下降了19.03%,齿形流道次之,下降了10.14%,矩形流道是梯形流道转角角度增加的延伸,具有相同的水力性能变化规律;随着角度的增加,梯形流道总的局部水头损失系数最多增加了32.5%,而齿形流道总的局部水头损失系数最多增加了23.4%,变化都很明显;压力较高时,摩阻系数基本保持不变,流体为紊流状态.     

机采棉清杂系统的钉床式荷电装置与试验

针对机采籽棉清杂工序中荷电效果不佳的现实问题,提出了一种钉床式荷电方法。以MCU为主控制单元,设计了一款钉床式荷电控制系统。在荷电极板面上均匀分布且垂直于极板面的长度为5cm的金属钉,控制器控制静电发生器产生高压静电,通过荷电极板上的金属钉放电,将平铺在极板间的机采棉荷电。试验结果表明:与无金属钉的荷电极板相比,机采棉荷电均匀,荷电速度提高了8%,效果良好。该研究可为机采棉静电清杂应用提供参考。