基于动态称量原理的泛函式播种施肥量检测方法

针对动态检测播种施肥量的测量系统易受振动干扰影响且难消除的问题,本文采用高压氮气弹簧的支撑力和S型传感器的拉力组合成称量式播量检测装置,利用压力和拉力之间存在力向相反、幅值呈比例的互补特性,提出了一种泛函式播量检测方法,该方法构建了以目标播量函数为变量的泛函,通过求取泛函极值确定目标播量函数。利用外槽轮式小麦播种施肥机平台,在不同目标播量（225、300、375kg/hm2）和不同车速（3、5km/h,3~7km/h变速）下开展了18组室外车载式小麦播种交叉试验,并应用泛函式播量检测方法获取累积播量和动态播量信息。累积播量的绝对相对偏差的最大值、平均值和标准差分别为5.61%、2.26%和1.58%;动态播量的检测数据在作业面积较小时（少于0.020hm2时）存在较大波动,随着作业面积的增加呈明显收敛趋势,动态播量稳定阶段（作业面积大于0.033hm2）,所有测试最大绝相对偏差为9.61%,单次测试中,最大平均值为4.73%,最大标准差为1.97%。试验结果表明,泛函式播量检测方法能有效获取动态播量和累积播量信息,为播种施肥机的播量检测提供了一种测量方法。     

支持转速现场标定的玉米精密排种器电驱控制系统研究

针对现有玉米精密电驱排种控制系统无法快速适应多类型排种器排种控制的问题,在玉米CAN总线电动排种的基础上,设计了一种对玉米排种器排种驱动进行现场标定的电驱控制系统。系统在排种驱动电动机控制信号与排种盘转速之间的对应关系中,采用分段线性插值的方法现场获取排种器驱动曲线,实现排种盘转速标定与控制。以国产气吸式玉米精密排种器和指夹式玉米精密排种器为试验对象,在模拟车速下,对系统排种盘转速现场标定的控制准确性进行试验。电驱气吸式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距设定为25 cm,车速设定为3~12 km/h(间隔3 km/h),结果表明,系统调节时间最长为0.80 s,稳态误差最大为0.81 r/min,控制精度最低为97.42%。电驱指夹式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距分别设定为20、25、32 cm,车速设定为4~9 km/h(间隔1 km/h),结果表明,总体排种盘转速平均调节时间为1.09 s,标准差为0.26 s;总体平均稳态误差为0.38 r/min,标准差为0.23 r/min;总体平均控制精度为98.30%,标准差为1.01%。与分段PID排种转速控制系统控制性能进行对比得出,支持转速现场标定的系统具有更好的适应性,平均调节时间减少0.51 s,平均稳态误差增大0.16 r/min,平均控制精度降低0.63个百分点。选用指夹式排种器,进行了播种均匀性田间试验,株距为20 cm,车速范围为4~7 km/h(间隔1 km/h),结果表明,播种合格指数大于等于84.26%,变异系数小于等于18.29%,说明系统能够完成对玉米精密排种器排种转速控制曲线的高控制精度现场标定,能够精准控制电驱排种转速。     

柔性机械式大豆精量排种器设计与试验

针对免耕播种作业时沙土和碎秸等飘浮物被气吸式排种器吸入充种室内,导致排种工作部件损坏、排种质量降低等问题,设计了一种柔性清护种机械式大豆精量排种器。对排种器工作过程进行理论分析,确定了影响工作性能的主要结构与工作参数;通过单因素对比试验确定了对排种性能影响最小的护种毛刷材料;采用三因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、充种倾角、护种距离为试验因素,以合格指数、漏播指数、重播指数和破损指数为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件对试验结果进行方差分析。结果表明：各因素对合格指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、护种距离、充种倾角,各因素对漏播指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角,各因素对重播指数的影响显著性由大到小依次为作业速度、充种倾角,护种距离影响不显著,各因素对破损指数的影响显著性由大到小依次为护种距离、作业速度、充种倾角;当作业速度为8~12km/h、充种倾角70°、护种距离为-1.5mm时,排种合格指数大于94%、漏播指数小于3%、重播指数小于3%、破损指数小于0.2%,满足免耕大豆高速精量播种作业要求。     

驱导辅助充种气吸式精量排种器设计与试验

针对现有气吸式排种器充种环节工作压力要求高、高速作业时充种性能不佳,导致排种质量下降的问题,采用主动驱导种群、减少局部种间接触的方法,提高排种器高速条件下的充种率,并基于此设计了一种驱导辅助充种气吸式精量排种器。分析了排种器充种过程中种子的受力状态,阐述了排种盘导种槽辅助充种的工作原理,以及在充种过程各阶段提高种子充填率的设计思路;对导种槽外形曲线方程、斜面倾角进行了理论计算,确定了曲线的基本参数;利用气固耦合数值分析方法 CFD-DEM,以型孔处局部空隙率为指标,进行了单因素仿真试验,确定了导种槽曲线方程的基圆半径最优值。为了验证设计结果,在工作压力-5、-6 kPa条件下,分别与其他2种气吸式排种器进行速度单因素对比试验,试验结果表明,所设计的排种器在高速条件下的漏充率优于其他排种器。对所设计的排种器进行了前进速度、工作压力的双因素试验,通过多目标优化方法,确定了排种器的最佳工作参数。将所设计的排种器安装在气力式玉米免耕播种机上,在3个工作速度下进行了单因素田间试验,结果表明,当作业速度为9. 11 km/h时,粒距合格指数为95. 48%,高速条件下充种性能较为稳定。     

精密播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统研究

为实现精密播种作业中播种下压力和播深的实时监控和质量评价,设计了一种多行播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统。系统采用基于角度和轴销传感器的播深和下压力测量装置,优化设计了液压驱动和分区控制的气压驱动装置,开发了基于Co De Sys(Controlled development system)编程环境的智能终端交互界面和ECU(Electronic control unit)控制程序,实现了基于CAN总线通信的作业参数监测控制和质量评价。通过搭建的室内试验台完成了播深和下压力静态建模试验,建立了适应不同设定播深的下压力测量模型。分区控制系统响应测试试验表明,在调节范围(0. 2～0. 6 MPa)内,系统超调量低于5. 97%;响应时间与控制行数和设定气压正相关;在设定气压(0. 1～0. 6 MPa)范围内,6行播种机调节时间不超过2. 35 s。为测试系统工作性能,在25、50、75 mm 3种设定播深下,对左区控制(600 N)、右区控制(300 N)、机械调节和自重调节4种控制方式进行了田间性能试验。土壤压实和播种下压力控制效果试验表明,主动分区控制方式可实现更为稳定的土壤紧实度,且在浅旋地块环境下,右区控制方式可达到最优的下压力稳定性,其控制合格率不小于95. 78%;播深控制效果试验表明,随着设定播深的增大,播深质量显著降低,在设定播深25～75 mm范围内,左区控制、右区控制、机械调节和自重调节对应的最小播深合格率分别为91. 92%、92. 53%、70. 44%和58. 72%,对应的最大标准差分别为2. 22、3. 11、3. 69、7. 70 mm,对应的最大变异系数分别为3. 52%、4. 40%、4. 96%和14. 01%。相比机械调节和自重调节,分区控制系统提高了单体下压力和播深稳定性。     

大田土壤间歇入渗试验方法及其精度提高措施

间歇灌,又称波涌灌,这种新的地面节水灌水技术的出现,使土壤入渗规律的研究分为土壤连续入渗规律和间歇入渗规律两方面的研究。间歇入渗条件下,土壤入渗规律除受连续入渗的影响因素制约外,还受构成其特殊灌水过程的灌水技术参数的影响。影响因素的增加,加之野外土壤条件的时、空变异性,决定了间歇入渗试验工作量大,且具有更大的复杂性。为提高成果精度和工作效率,笔者根据1991年冬季和1992年春季在陕西关中宝鸡峡灌区灌溉试验站进行的141组一维土壤连续和间歇单点入渗试验实践,介绍了用双套环入渗仪进行单点间歇入渗试验的方法,提出了提高土壤间歇入渗试验精度的可行措施,可供参考。     

Determination of growth-stage-specific crop coefficients (Kc) of cotton and wheat

Development of crop coefficient (Kc), the ratio of crop evapotranspiration (ETc) to reference evapotranspiration (ETo), can enhance ETc estimates in relation to specific crop phenological development. This research was conducted to determine growth-stage-specific Kc and crop water use for cotton (Gossypium hirsutum) and wheat (Triticum aestivum) at the Texas AgriLife Research field at Uvalde, TX, USA from 2005 to 2008. Weighing lysimeters were used to measure crop water use and local weather data were used to determine the reference evapotranspiration (ETo). Seven lysimeters, weighing about 14 Mg, consisted of undisturbed 1.5 m × 2.0 m × 2.2 m deep soil monoliths. Six lysimeters were located in the center of a 1-ha field beneath a linear-move sprinkler system equipped with low energy precision application (LEPA) and a seventh lysimeter was established to measure reference grass ETo. Crop water requirements, Kc determination, and comparison to existing FAO Kc values were determined over a 2-year period on cotton and a 3-year period on wheat. Seasonal total amounts of crop water use ranged from 689 to 830 mm for cotton and from 483 to 505 mm for wheat. The Kc values determined over the growing seasons varied from 0.2 to 1.5 for cotton and 0.1 to 1.7 for wheat. Some of the values corresponded and some did not correspond to those from FAO-56 and from the Texas High Plains and elsewhere in other states. We assume that the development of regionally based and growth-stage-specific Kc helps in irrigation management and provides precise water applications for this region.     

转速对磁吸滚筒式精密排种器工作精度的影响

通过分析种子在滚筒壁上的受力,在保证种子被吸附于滚筒壁上且不滑动的前提下,找出了所需的磁吸力与其所处位置的关系,并分析了滚筒允许转速与磁吸力的关系.分析结果表明,滚筒允许转速与种子质量、种子比磁化系数、种子质心处磁场力、滚筒半径及种子与滚筒壁摩擦系数等因素有关.最后,对油菜种子进行了穴盘播种试验,其结果表明:当磁吸头采用锥头形式、线圈电流强度为0.2A、匝数为2000、滚筒转速为15r/min时、排种器单播率达93.334%.     

基于电容测量的精密播种机监测系统研究

针对光电法精密播种机监测系统易受田间灰尘影响的缺点,提出了基于电容测量的新型精密播种机监测方法,研制了精密播种机排种监测系统,根据电容的实时变化,实现播种性能监测,完成种箱排空和排种管阻塞等造成的漏播情况报警.实验表明,该系统能够有效地提高排种监测的可靠性.     

我国精细农业的应用研究

生物遗传育种技术的进步以及化肥、农药的使用,推动了世界农业的发展。但这种农业增长模式也带来了水土流失、生态环境恶化、生物多样性遭到破坏等诸多问题。在解决这些问题的进程中,逐渐形成了精细农业的理论体系。对精细农业技术思想、技术体系、技术应用的发展情况进行了研究,并结合我国具体情况,分析了精细农业在我国的应用前景。