玉米播种单体下压力控制系统设计与试验

针对机械式仿形压力调节机构的不足,开展了基于力反馈的播种深度一致性控制方法研究,研制了播种单体下压力控制系统。本系统由安装在播种单体平行四连杆仿形机构上的下压液压缸、电液减压阀、下压力感知传感器,以及控制器、车载计算机组成。在播种作业过程中,控制器实时采集力传感器信息,与设定的下压力阈值相比较,计算并输出控制量到液压阀组驱动液压缸实时调整平行四连杆仿形机构,使限深轮与地表的压力值在设定的阈值区间内,从而保证播种深度的一致性。田间试验结果表明,在播种深度判定标准为(5.0±1.0)cm时,下压力机械调节方式和下压力电控调节方式下的播种深度合格率均值分别为77.04%和90.37%,下压力电控调节方式下的播种深度合格率均值比机械调节方式高13.33个百分点。将播种深度判定标准提高至(5.0±0.5)cm后,对应播种深度合格率分别为31.11%和56.30%,下压力控制装置的播种深度合格率比机械调节方式高25.19个百分点。可见,下压力电控系统能保持种子播种深度的稳定性,提高了种子深度一致性。     

固定垄保护性耕作条件下松垄割刀性能对比分析

在固定垄保护性耕作体系下,针对宽垄沟灌条件下水分渗透难的问题,基于土壤力学接触模型,设计了平刀、缺口刀和V形刀3种松垄割刀。利用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,施加载荷数值来自于纯剪切与两面楔模型对3种割刀受力进行分析计算,得出割刀的应力分布图和变形云图。结果显示,3种割刀设计强度均满足要求,变形较小。结合层次分析法与功效系数法,以割刀理论受力、作业油耗、土壤体积含水率增量为评价指标,确定使用V形松垄割刀作业的综合效益最高。     

不同种源野杏无性系定量描述性状的变异及其分类

【目的】探究不同种源野杏无性系定量性状的变异特点及遗传稳定性,为野杏优特无性系选育提供理论参考。【方法】以122个野杏无性系为试验材料,采用变异分析、主成分分析和聚类分析方法对其25个定量描述性状进行系统研究。【结果】野杏无性系25个定量描述性状的变异系数均值为19%,其中22个性状的变异系数在10%以上,变异系数最大的是小枝长度(67%),不同种源野杏种群的变异系数以会宁县为最大(25%),以霍城县为最小(13%)。25个性状的重复力差异均达到了极显著水平,其中单核质量的重复力最大(0.991)。所提取的6个主成分累积贡献率达80.42%,能够反映野杏无性系定量描述性状的大部分信息。通过聚类分析将122个野杏无性系划分为5类。其中,Ⅰ类表现为小枝长势弱,出仁率最小;Ⅱ类表现为出仁率最大;Ⅲ类表现为小枝长势好,出核率最大;Ⅳ类表现为叶片长势好,叶长、叶宽、叶柄长、叶柄粗均最大;Ⅴ类表现为果、核、仁长势最好,单果质量、单核质量、单仁质量均最大。各类均可作为野杏不同育种目标的亲本材料。【结论】不同种源野杏无性系定量描述性状变异程度丰富,选择潜力大,有利于野杏优特类型选育;各性状重复力差异极显著,各无性系遗传原株优良性状优势明显;主成分分析结果反映了野杏无性系定量性状的大部分信息;通过聚类分析将野杏无性系划分为5类,均可作为选育高出核率及特殊果、核、仁类型的亲本种质资源。     

气力集排式排肥系统结构优化与试验

针对气力集排式排肥系统与分层深施肥铲配合作业时,进肥口处肥料落入不顺畅以及排肥口处气流速度过大导致肥料弹跳和地表扬尘等问题,该研究通过分析排肥系统各部件结构参数与工作参数之间的关系,对排肥系统进行结构优化,并设计了一种气-肥分离装置,将部分输送气流提前从排肥系统排出,从而降低排肥口处的气流速度,提高进肥口的进料稳定性。通过理论分析和参数计算,确定了排肥系统各组成部件的结构和基本工作参数,分析确定了影响排肥口和进肥口处气流速度的主要因素,并以排肥口和进肥口处的气流速度为试验指标,以气-肥分离装置的排气口面积、排肥系统入口气流速度和施肥速率为试验因素,进行二次正交旋转组合台架试验,建立了试验指标与各影响因素的数学回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到气-肥分离装置排气口面积为798.0mm~2。排肥系统入口气流速度为28.10 m/s,施肥速率为0.28 kg/s时,排肥系统排肥口气流速度为5.91 m/s,进肥口气流速度为3.94 m/s,以得到的优化参数进行试验验证,测得排肥系统排肥口气流速度为6.02 m/s,进肥口气流速度为4.11 m/s,排肥系统进肥口肥料落入顺畅,工作稳定。     

山杏SSR-PCR反应体系优化

以4种山杏群体为试材,采用L16(45)正交实验设计,研究了适合4种山杏群体的SSR-PCR反应体系。结果表明:总反应体系为20μL,其中DNA模板量20ng,引物浓度0.15μmol·L~(-1),Mg2+2.0mmol·L~(-1),Taq聚合酶量1.0U,dNTPs 0.25mmol·L~(-1)。采用引物Y45对43个山杏无性系的DNA进行扩增,扩增产物在100~200bp,多态性良好,稳定度高,可以用于山杏SSR分子标记研究。     

葡萄株间除草机精准避障控制系统优化设计与试验

现有篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机避障系统采用开关控制避障动作,由于避障行程固定,无法根据障碍物位置精确控制避障动作行程,导致除草效果不佳。针对上述问题,该研究在先前研究的基础上,依据仿形控制原理对避障控制系统进行优化,设计一种由避障信号采集部分、程序控制部分、液压执行部分、避障监测反馈部分等组成的精准避障控制系统。基于精准避障工作要求,确定避障动作闭环控制方案;优化液压回路结构,液压与电控结合实现精准避障控制;对精准避障控制程序进行静态标定和PID参数整定;利用Recurdyn对障碍物呈直线排列状态下除草机的精准避障作业进行模拟仿真,并通过分析除草刀盘运动轨迹选取较优除草刀盘转速;以机器作业速度为试验因素,除草作业覆盖率和果树损伤率为评价指标进行田间试验。试验结果表明,当机器作业速度为380mm/s时,除草作业覆盖率与作业效率综合效果最佳,试验得到平均除草作业覆盖率为93.97%,较先前研究提高4.39%,果树损伤率为1.92%,除草机可良好实现避障除草作业。该研究可为果园株间除草机的进一步优化提供参考。     

小麦播种自走式农用移动平台设计与试验

针对农业生产劳动力短缺、人工成本增加和作业效率不高等问题,该研究设计了一种自走式农用移动平台,可更换搭载不同农具进行田间无人驾驶作业,以"机器换人"完成精度高、强度大、重复性强的农业工作。以小麦播种为例,基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)定位测速技术、播深控制技术实现自动化播种;采用CAN总线技术、多电机同步驱动技术、差速-电动推杆结合的转向控制方法实现移动平台行走和转向。田间试验结果表明:基于GNSS的电控排种系统稳定可靠,排量稳定性变异系数≤1.8%,播深稳定性系数≥89%.驱动控制系统响应速度快,启动伺服电机2.6 s后实际转速逐渐接近目标转速,同步速度误差变化也趋于相对稳定,平台在负载作业状态下具有较强的抗干扰能力和速度一致性;转向控制系统通过电动推杆驱动车轮转向,转角平均绝对误差0.7°。研究可为促进农业播种智能装备的发展提供参考。     

机械式小麦射播排种器设计与试验

针对现阶段小麦播种机接触式播种形式存在的覆土后种子深度均匀性差,播种效果易受播种部件影响的问题,同时为简化播种工艺,设计了一种适用于华北地区壤土的非接触式小麦机械射播排种器。阐述了对排种器整体结构和射播工作原理,对排种器关键部件尺寸进行设计,分析了小麦种子在排种器内部携种加速过程及投种过程,得出影响小麦射播效果的因素,并进行仿真与试验台试验。选取排种器转速、前进速度、射播高度为试验因素,播种深度变异系数、排种量变异系数、射播速度、射播深度为指标进行单因素试验与正交试验,并进行了验证试验。试验结果表明,机具前进速度为1.0m/s,排种器转速为1100r/min,射播高度为100mm时,播种深度变异系数为8.3%,排种量变异系数为13.9%,射播速度为35.2m/s,射播深度为34mm。试验验证了所设计的机械式射播排种器在华北平原地区壤土作业时,满足小麦播种的作业要求。     

基于CFD-DEM的秸秆还田机碎秆运动特性分析与试验

为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理,基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明,当转速为1900、2000r/min时,碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈,2300r/min时稳定在（175.228±19.08）N,且碎秆平均能量大幅增加。当转速为1900、2000、2300r/min时,碎秆间平均作用力最大分别为10.61、7.78、18.76N,〖JP2〗碎秆-粉碎刀轴壁面平均作用力分别稳定在（112.36±8.32）N、(101.15±8.02)N和（107.25±4.97）N,碎秆抛撒均匀度分别为(85.40±4.77)%、(78.52±5.56)%和(75.17±5.32)%。粉碎刀轴转速增大,使得碎秆-碎秆及碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力增大,导致碎秆间及碎秆与粉碎室壁面的碰撞次数增多,加剧了碎秆能量的损耗,过大转速不利于碎秆抛撒均匀度提升。为验证仿真结果,进行田间试验验证。结果表明,当转速为1900、2000、2300r/min时碎秆抛撒均匀度分别为（82.35±6.57）%、（76.14±7.18）%和（74.22±5.65）%。田间试验和仿真结果表明在碎秆长度达标后,增大粉碎刀轴转速不利于抛撒均匀度提升,且作业功耗上升较大,同时验证了仿真的准确性。该研究可为玉米秸秆还田机设计和优化提供支撑。     

腔盘式穴施肥装置柔性护肥机构设计与试验

针对腔盘式穴施肥装置存在的输肥过程中肥盘与护肥腔刚性接触、造成卡肥现象,严重影响输肥稳定性等问题,提出了一种柔性护肥方法,并设计了基于梅花状尼龙纤维的柔性护肥机构。通过理论计算和有限元模拟仿真,对单根尼龙纤维的力学性能进行分析,得出了尼龙纤维结构参数对其受力和形变的影响规律,确定所选用纤维直径为0.1mm;通过对纤维束结构的分析,为保证植毛孔安全距离和刷丝束合理间隙,设计刷丝长度为13mm,植毛孔直径为4mm;运用EDEM软件模拟肥腔内肥料受压过程各壁面受力变化,确定肥盘与底护肥刷的安装负间隙为1.6mm,与侧护肥刷的安装负间隙为0.5mm。加工了柔性护肥机构并进行验证试验,试验结果表明,该机构无卡肥现象,肥盘转动扭矩为4.71N·m,肥盘转动阻力比原机构减小58.54%。该柔性护肥机构可有效避免输肥过程中的卡肥现象,降低输肥阻力,保证了输肥稳定性。