苎麻茎秆台架切割试验与分析

为了给苎麻收割机的研制提供切割理论基础,该文进行了苎麻茎秆切割参数的试验研究。该文利用自行设计的试验台架进行苎麻茎秆的切割试验,研究往复式单动刀及双动刀切割器不同刀片几何参数(刀片长度、刀刃类型)、不同切割线速度和不同茎秆喂入速度对切割性能(切割功耗、切割质量和综合评分值)的影响。根据各个因素特点,论文采用多因素正交试验的方法确立两水平因素(刀刃类型、刀片长度和动刀组数)的最优水平组合,然后固定两水平因素的最优水平组合,以切割线速度和茎秆喂入速度为试验因素进行二次回归正交旋转设计试验来获得因素的最佳参数。根据多因素正交试验结果,采用往复式双动刀切割器,选用锯齿刃长刀片(120 mm)为最优水平组合。根据二次回归正交旋转设计试验结果,当切割线速度为0.878 9 m/s、茎秆喂入速度为0.862 4 m/s时,单位长度割幅切割功率最小,为281.408 4 W;当切割线速度为1.161 4 m/s、茎秆喂入速度为0.711 7 m/s时,单位面积切割失败株数最少,为5.691 1株;当切割线速度为1.092 0 m/s、茎秆喂入速度为0.722 9 m/s时,评分值最高,为86.7180分。综合试验结果,苎麻切割试验理论最佳水平组合为:切割线速度1.092 0 m/s、茎秆喂入速度0.722 9 m/s,采用往复式双动刀切割器,选用锯齿刃长刀片(120 mm),此时单位长度割幅切割功率为318.814 5 W,单位面积切割失败株数为6.006 4株。研究结果为后续苎麻收割机切割部件的研制以及切割行走速比的选择提供了基础理论数据。     

苎麻茎秆力学模型的试验分析

为了提供苎麻收割、剥制机械研究设计的力学参数及理论基础,论文对苎麻茎秆的几何形状进行假定,运用复合材料力学理论建立苎麻茎秆力学模型,利用微机控制万能试验机对苎麻茎秆各向(轴向、径向)及各组分(木质部、韧皮部和茎秆整体)进行拉伸、压缩、弯曲等力学试验,获得力学参数数据,并通过数据的分析计算获得苎麻茎秆力学模型的全部弹性参数。同时,试验结果表明,苎麻茎秆在轴向拉伸中表现更多为木质部的承载作用,其韧皮部与木质部的粘附力不能阻止韧皮部沿木质部表层滑移;苎麻茎秆径向弹性参数测量值和通过各组分弹性参数值计算获得的计算值接近,苎麻茎秆径向符合复合材料的特性。     

玉米茎秆往复切割力学特性试验与分析

为了研究玉米切割器切割茎秆的切割力与切割功耗,提高切割性能,研制了摆切式茎秆切割试验台。采用悬臂梁称重传感器、高频数据采集卡和LabVIEW软件组成的测试系统进行切割力学性能影响因素试验研究。根据测得的切割力连续变化曲线求得切割功耗,并分析了削切角、切割速度、切割位置、茎秆外皮与节点等因素对切割力及功耗的影响。试验结果表明：峰值切割力和切割功耗随着切割速度的增大和切割位置的增高而逐渐减小,且在削切角为20°左右时较小,切割性能较好;峰值切割力和切割功耗在节点处比节间增加56%,外皮所需切割力占63%～83%。该研究为提高切割器的切割性能提供了理论依据。     

工业大麻茎秆力学模型的试验分析

为了促进工业大麻产业的快速发展,为大麻收获机械的研究与设计提供物料的机械性能参数指标,作为收获机具的研究依据,该文通过综合利用复合材料力学的基础知识对工业大麻茎秆的机械物理模型进行假定,再利用 WDW-10万能试验机对工业大麻茎秆各组成部分分别进行轴向拉伸、轴向和径向压缩、径向弯曲等力学性能的试验,从而获得工业大麻茎秆的力学性能数据,再通过复合材料理论的基础知识进行综合分析与计算,获得工业大麻茎秆力学模型的性能参数,最后通过比较分析得出假定的数学模型基本可靠。通过试验得到的木质部轴向弹性模量为1343.5 MPa,韧皮层径向弹性模量为3607.5 MPa,茎秆的轴向弹性模量为1743.50 MPa,茎秆的径向压缩弹性模量为88 MPa,木质部异性面弯剪模量为33.52 MPa,茎秆异性面弯剪模量为31.99 MPa,木质部、韧皮层、茎秆的同性面泊松比为0.3。通过试验数据可以看出,大麻茎秆的各组成部分具有优异的机械性能,其中韧皮纤维的机械性能尤其突出。试验结果表明,工业大麻茎秆径向结构符合复合材料的特性。通过测量工业大麻的力学性能参数,可为优化工业大麻收获机具的强度与刚度提供参考,使机具在收获过程中的功耗最少、割茬质量最高。     

甘蔗茎秆切割力试验

切割力试验是研究甘蔗茎秆切割机理的重要手段。该文在自制的单刀切割试验台上,通过对滑切角、刀盘倾角和切割速度进行三因素三水平正交试验,研究各因素对单位切割力和最大切割力的影响,在此基础上,进行切割速度单因素试验。试验表明：对单位切割力影响的主次顺序为切割速度－滑切角－刀盘倾角;对最大切割力影响的主次顺序为切割速度、刀盘倾角、滑切角。刀盘倾角对最大切割力影响较显著,而对单位切割力影响不显著。进行作物粗茎秆切割力试验时,以单位切割力为试验指标比较合理。单位切割力与切割速度之间呈线性关系,切割速度越大,单位切割力也越大。     

高温射流冲击苎麻开纤脱胶的压力和温度场数值模拟与试验

为了研究苎麻纤维残留胶质的射流冲击分纤脱胶机理,设计试制了高温射流冲洗试验装置,开展了单喷嘴和双喷嘴开纤脱胶试验,数值模拟了单喷嘴和双喷嘴射流冲击壁面的表面温度场、压力场分布及有效的作用区域。结果表明,当喷嘴直径为2.0 mm,进口温度为373 K时,单喷嘴射流冲击试验的较佳组合参数喷距为30 mm,进口压强为1.2 MPa,时间为16 min,测得残胶率为3.1%;以单喷嘴相同设定参数模拟了双喷嘴较佳喷嘴间距为30 mm,冲击压力范围为0.2~0.3 MPa,温度范围为320~334 K,该试验测试的喷嘴间距与数值模拟相符合,测试残胶率为3.1%,单纤维断裂强力为51.71 c N。该技术为开发新型苎麻纤维分纤洗脱设备提供技术参数。     

分段螺旋式甘草茎秆揉切装置设计与试验

针对全混合日粮饲草料揉切需求,该研究设计了一种分段螺旋式甘草茎秆揉切装置,对分段螺旋叶片的主体结构和搅龙结构参数进行设计,建立了刃口曲线方程,分析了装置揉切机理,并试制了分段螺旋式甘草茎秆揉切装置试验台。以搅龙转速、加工时间、填充系数、刀片与底壳间隙为因素,以粒度、破节率、单位质量能耗为指标,开展四因素三水平Box-Behnken试验,对试验结果进行方差分析和二次回归拟合,得出各因素对粒度影响显著性由大到小为加工时间、搅龙转速、填充系数、刀片与底壳间隙;对破节率的影响显著性由大到小为加工时间、填充系数、搅龙转速、刀片与底壳间隙;对单位质量能耗的影响显著性由大到小为填充系数、加工时间、搅龙转速、刀片与底壳间隙。对交互影响因素进行响应曲面分析并进行参数优化验证试验,结果表明:当搅龙转速为25 r/min、加工时间为12 min、填充系数为0.46、刀片与底壳间隙为15 mm时,甘草茎秆的揉切粉碎粒度为11.76 mm,破节率为83.27%,此时单位质量能耗为9 959.82 J/kg,试验值与模型理论值误差不超过7%,参数优化模型合理,满足作业要求。研究结果可为全混合日粮搅拌机的研发提供理...     

油菜茎秆切割力影响因素试验

为了减少油菜联合收割机割台切割力,降低油菜切割损失,该文针对切割油菜茎秆切割力的主要影响因素切割方式、茎秆切割位置、切割刀片形式和切割速度在自制切割试验台上进行了单因素和多因素切割力测试试验。单因素试验结果表明：锯齿形刀的切割力比光刀的切割力要小;切割方式以滑切最省力;切割速度和切割位置对切割力影响最大,表现为切割速度越大,茎秆位置离地面高度越高,其切割力越小。多因素试验表明：在油菜茎秆离地高度400 mm处,采用锯齿形刀片滑切时切割力最小。研究结果为设计工作效益高、性能可靠的切割机构提供了理论依据。     

移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机的研制与试验

为了解决中国香蕉茎秆废弃物带来的环境污染、疾病传播、资源浪费以及火灾事故等问题,该文结合香蕉茎秆粗大、含水量高等特点,通过研究香蕉茎秆喂入、挤水、机械击打刮取等关键机构,设计出一台可移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机,整机主要由茎秆输送装置、喂入装置、滚扎装置、纤维刮取装置、出料装置等部分构成。样机性能试验表明:该机生产率为206.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为90.4%,香蕉茎秆纤维含杂率为16.2%,提取100 kg香蕉茎秆纤维能耗为22.3 k W·h,符合生产需求。该研究可为香蕉茎秆纤维提取机的设计提供技术参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要意义。     

滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机设计与试验

香蕉茎秆中含有丰富的植物纤维,其机械提取具有效率高、污染少等优点,是一项具有发展潜力的香蕉茎秆机械化处理技术。目前,由于香蕉茎秆粗大、含水率高等问题,机械提取香蕉茎秆纤维成熟技术较少。针对上述问题,该文研制了滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机,该机主要由传动系统、Ⅰ级滚扎装置、Ⅱ级滚扎装置、甩碎装置、电机等部分构成。样机性能试验表明：该机香蕉茎秆纤维提取率为89.2.%,含杂率为8.6%,生产率为206 kg/h,能耗为20.2 kW·h/100 kg,符合设计要求。与半喂入式香蕉茎秆纤维提取机相比,该机的提取率提高了8.1%,含杂率降低了6.5%,生产率提高了71.7%,能耗降低了10.6%。该研究可为香蕉茎秆纤维提机设计提供参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要的意义。     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

连续夹持输送式苎麻剥麻机研制

针对苎麻剥麻劳动强度大、作业工效低等问题,该研究基于横向喂入式剥麻技术的作业特点,结合苎麻剥麻的工艺要求,设计了一种连续夹持输送式苎麻剥麻机。通过对剥麻装置、夹持输送装置和换端夹持装置等关键部件的结构设计和理论分析,确定影响剥麻质量的关键因素及作业参数范围。以剥麻间隙、滚筒转速和输送速度作为影响因素,建立苎麻剥麻的鲜茎出麻率和原麻含杂率的数学模型,结合Box-Behnken试验方案进行多目标优化试验,寻求装置作业参数对苎麻剥麻的影响规律及最优参数组合。试验结果表明：滚筒转速、剥麻间隙和输送速度对鲜茎出麻率和原麻含杂率均具有极显著影响。通过多目标参数优化分析,确定最优作业参数组合：剥麻间隙4.0 mm、滚筒转速330 r/min和输送速度0.36 m/s。基于优化参数进行苎麻剥麻的生产验证试验,结果显示：鲜茎出麻率5.04%、原麻含杂率1.18%,各指标与模型预测值的相对误差均小于5%,验证了预测模型的准确性;整机生产效率142 kg/h,达到设计指标要求;苎麻纤维的含胶率22.85%,束纤维断裂强度4.56 CN/dtex,达到《苎麻》国家标准二等苎麻纤维等别。     

横向喂入式苎麻剥麻机的设计与试验

为解决苎麻纤维剥制劳动强度大、工效低等问题,该文研制了一种大型苎麻剥麻机。采用横向喂入、连续分段加工剥麻原理,设计出样机并进行了剥麻试验和麻样质量检测。试验结果表明,该机剥麻工效为131 kg/h,鲜茎出麻率4.15%,达到样机设计指标要求。剥麻样品检测结果表明,苎麻含杂麻1.09%,苎麻含胶率23.28%,苎麻束纤维断裂强度为4.59 CN/dtex,均满足国家标准要求。研究结果可为大型苎麻剥制机械的设计提供参考。     

Application of the end-of-season stalk nitrate test for a high-yield maize production system in Northwestern China

Excessive nitrogen application has caused serious environmental pollution under high-yield maize system in China. Our objective was to evaluate critical stalk nitrate (NO₃^?) levels that support high yield (>13 Mgha^?1), but are not in excess. Optimal stalk NO₃^? concentration was determined by conducting seven nitrogen levels experiments in two high yield maize regions: Dongyang County (DY) and Wenshui County (WS). Optimal stalk NO₃^? concentration category range to obtain maximum yield in DY (sandy loam, higher accumulated temperature and solar radiation compared with WS) was 0.44–1.19, which similar to the criteria of US (0.70–2.0 g kg^?1). While for WS (loam soil, lower accumulated temperature and solar radiation compared with DY), optimal stalk NO₃^? concentration category range to obtain maximum yield was 1.95–4.15, greatly higher than the US criteria. These results suggested thatit is necessary to establish matching optimal stalk NO₃^? category ranges for different ecological regions in China.     

苎麻根际土壤水浸提液化感潜力评价

【目的】通过苎麻根际土壤水浸提液有机化合物的分离鉴定及生物学实验,探讨了苎麻败蔸与化感作用的关系。【方法】运用气相色谱-质谱联用技术 (GC-MS),对苎麻根际土壤的不同极性有机溶剂萃取液进行了物质成分分析;采用室内生物测定方法,研究了不同浓度苎麻根际土壤水浸提液对萝卜、油菜、拟南芥 3 种植物的化感效应;并应用实时定量 PCR 技术 (QPCR),测定了不同浓度根际土壤水浸液处理后拟南芥其抗逆基因 RD29A (AT5G52310) 和 RD29B (AT5G52300) 及生长素合成相关基因 YUC1 (AT4G32540) 的相对表达水平。【结果】四种不同极性有机溶剂萃取液经 GC-MS 检测共鉴定出 51 种有机化学物质,包括烃类及其衍生物、甾类化合物、苯甲酸及其衍生物、酚类、萜类、含氮类等已被报道具有化感活性的化合物。不同浓度苎麻根际土壤水浸液对 3 种不同植物的下胚轴长及根长的化感效应具有差异性,随着浸提液浓度增加,对油菜及拟南芥抑制作用越显著,但对萝卜的影响不显著。QPCR 检测结果表明,拟南芥的 RD29A、RD29B、YUC1 这 3 种基因的表达量随水浸提液浓度增加均降低。【结论】苎麻根际土壤中含有抑制自身生长的潜在化感物质豆甾-4-烯-3,6-二酮,2,5-二叔丁基苯酚,邻苯二甲酸二乙酯,6,6-二甲基-1,3-庚二烯-5-醇,羊毛甾-8,24-二烯-3,22-二醇。高浓度苎麻根际土壤水浸提液对供试三种植物下胚轴长及根长具有抑制效果,因此,连作导致的化感物质累积可能是连作导致苎麻败蔸的原因之一。     

玉米秸秆皮穰分离机械运行参数优化试验

为有效适应各季节玉米秸秆的皮穰分离加工及确定玉米秸秆皮穰分离机的运行参数,该文针对作者所设计的玉米秸秆皮穰分离机,在已经结构参数优化的基础上,又对除叶机构与剥穰机构进行了运行试验研究。通过多因素正交旋转组合试验确定除叶机构与剥穰机构的关键运行参数,结果表明：影响除叶率的显著因素是U型齿板底宽和秸秆喂入速度,齿辊转速有影响但不显著;影响剥穰率的主要因素及其顺序为秸秆喂入速度、剥穰辊转速、剥穰刀与支撑板间距。并通过综合已有研究及样机试验结果,确定主要运行参数为秸秆喂入速度1.2～1.3 m/s,除叶齿辊旋转线速度大于5 m/s,剥穰辊旋转线速度大于5.8 m/s时,该分离机对各季节玉米秸秆进行皮穰分离加工的适用性较好,且其生产率大于0.5 t/h,除叶率大于97.6%,剥穰率大于95.7%。     

农田不同肥力条件下玉米秸秆腐解效果

为了探讨农田不同肥力对玉米秸秆腐解转化和能态变化的影响,该文采用砂滤管法在陕西关中高、中等、低3种肥力塿土上进行了480 d的玉米秸秆腐解试验,研究了腐解进程中玉米秸秆的分解率以及有机碳组成和能态变化。结果显示,随着腐解进行,腐解产物中的苯–醇溶性、水溶性组分下降,半纤维素和纤维素含量先上升后下降,而木质素增加;腐解物的能态呈现上下起伏、下降和相对稳定3个阶段的变化,总体是一个放能过程。腐解产物的热值与其有机碳、苯–醇溶性组分、水溶性组分、半纤维素和纤维素呈显著正相关,但与其灰分、木质素、腐殖物质含量呈显著负相关。腐解480 d,3种肥力间比较发现,玉米秸秆在中等肥力田块上矿化率最高,低肥力田块上的最低;中等肥力土壤能够促进玉米秸秆中的水溶性有机组分和木质素的分解,而高肥力土壤能够促进苯–醇溶性组分和半纤维素、纤维素分解,并有利于腐殖物质的形成,而且腐解物的能态最高。