基于ANSYS的2BYFGJ-4型播种机机架优化设计

以2BYFGJ-4型玉米苗带秸秆还田旋耕施肥播种机机架为主要优化分析对象,通过有限元分析软件ANSYS对其进行静力学分析和模态分析,得出该机机架设计的薄弱环节。根据前几阶模态频率和振型,提出机架的优化方案,并以模态频率为衡量指标对各方案进行比较分析。结果表明:优化后的机架具有更好的动态性能,可为下一轮样机制作提供重要依据。     

麦秆湿解反应水溶液循环对固形产物的影响

为了减少生物质湿解过程的排放和水的消耗,以麦秆为原料,麦秆湿解水溶液为溶剂,在高温高压反应釜中,进行了反应温度为220℃,停留时间为120 min条件下的水循环湿解实验研究,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析仪的检测分析结果对使用循环水作为溶剂时的麦秆湿解固体产物的微晶结构、化学组成和热稳定性进行了深入分析。研究发现,随水循环次数的增加,固体产物产率和固碳率逐渐增加,同使用新鲜水的麦秆湿解实验相比较,水循环第6次时,固体产物产率和固碳率分别增加至78.7%和92.4%;麦秆湿解固体的有序化程度亦随水循环次数的增加而增加,微晶结构接近于石墨化的程度逐渐提高,有机官能团和脂肪族结构逐渐减少,芳香化和炭化程度逐渐提高;热重分析表明,麦秆湿解固体热稳定性较好,并随水循环次数的增加,热稳定性逐渐增强。麦秆湿解反应水溶液循环利用有益于固体目标产物的生成,并可改善产物的理化特性。     

玉米叶混掺对土壤水分入渗的影响

通过不同玉米叶混掺比例及混掺层埋深的垂直入渗试验,并以纯土为对照,研究玉米叶混掺对累积入渗量、入渗率及剖面含水率等的影响。结果表明,处理间土壤水分特征曲线差异明显;相同土壤水吸力下,添加玉米叶的土壤含水率均高于纯土处理,且添加3%玉米叶的土壤保水性明显优于添加1%玉米叶;土壤密度一定时,累积入渗量均表现为纯土1%玉米叶处理3%玉米叶处理;添加3%玉米叶对剖面含水率的影响高于1%玉米叶。     

一体化秸秆沼气发酵反应器设计

针对秸秆沼气发酵过程中存在的秸秆亲水性差、易结壳及进出料难等问题,设计了秸秆沼气发酵反应器。反应器采用两相分离发酵一体化结构,通过沼液循环回流,使秸秆始终处在高水分区域环境,营造良好的厌氧微生物的生存环境,同时在固液两相分离和沼液回流过程中使秸秆在反应器内形成上下流动的状态,从而达到自动搅拌和秸秆破壳功能。另外,在进料口处设置预处理罐,对进料口进行水封,并对物料进行预处理。该反应器结构简单、运行稳定、操作方便、节省动力,实现了预处理、自动破壳及两相一体化秸秆高效发酵沼气的功能,对促进秸秆综合利用、带动秸秆沼气工程的推广具有重要意义。     

基于卧式厌氧装置的稻秸高固态消化与甲烷菌变化研究

针对单一稻秸高固态厌氧消化长期运行不稳的问题,接种瘤胃内含物和厌氧污泥,在卧式反应装置中研究3个有机负荷(OLR)下消化特性。结果表明,体系最高容积产气率达到了1.04 L/(L·d)。当OLR为2.26 g/(L·d)时,甲烷体积分数均值为54.39%,甲烷产率为280.90 m L/g,达到了稻秸理论产值的80.29%。卧式装置中半纤维素和纤维素最高降解率分别达到了49.71%和31.25%;纤维素酶活性显著提高,有利于纤维素的降解。当OLR升高到2.47 g/(L·d)时,氨氮质量浓度均值达到了1 082.63 mg/L。固体样品中嗜氢型Methanobacteriales数量从1.70×10~9拷贝数/g下降至1.04×10~6拷贝数/g;而嗜乙酸型Methanosarcinales数量从7.89×10~6拷贝数/g增加至9.44×10~6拷贝数/g,甲烷产率下降为256.54 m L/g。此时厌氧装置中丙酸质量浓度均值达到了253.32 mg/L。从而明确了稻秸高固态体系中产甲烷菌结构的变化。     

草浆黑液半焦直接苛化水蒸气气化特性研究

采用管式炉在750~900℃内进行了草浆黑液半焦水蒸气气化实验,考察了温度、苛化剂TiO2对气体产物及固体产物的影响;采用热重分析仪在850℃下进行了半焦的水蒸气气化实验,探究了TiO2对半焦热失重特性的影响。结果表明:在750~900℃内,TiO2的添加使得气体产物中CO2增加约5%、H2减少约5%,碳转化率上升约10%,产气热值下降约7%;TiO2可避免气化过程中熔融物的生成;随着温度的升高,固体产物中无机盐的种类未发生变化;TiO2与半焦中的Na2CO3反应生成Na2O·nTiO2,与Na2SiO3结合生成Na2TiSiO5,改变了元素Na与Si的存在形态。     

基于北斗卫星导航的秸秆机械化还田作业管理系统

为满足秸秆机械化还田作业精准化管理的需要,解决还田工作中作业面积统计困难、现场核查工作量大、全局管理难以实现等若干现实问题,设计了基于北斗卫星导航的秸秆机械化还田作业精准管理系统。系统集成北斗卫星导航定位、物联网、地理信息系统等信息技术,通过北斗卫星导航农业机械车载信息终端,实时采集、处理秸秆还田作业中的定位和状态数据,获取还田现场的高清影像。通过建立作业管理信息系统,实现作业监控、地块识别、面积量测、质量评估、指标统计和指挥调度等功能。试验结果表明,系统可以有效实现轨迹监控、灵活调度、分类统计分析,提高了秸秆还田机械化作业效率。同时,地块识别率和地块面积统计达到了作业精度要求,可以满足秸秆机械化还田作业的需要。     

秸秆压块机辊口式环模耐磨机理分析与试验

环模秸秆压块机成型过程中,由于秸秆颗粒与环模之间的滑动摩擦,环模模孔磨损十分严重,导致环模使用寿命缩短。以工字型模块组成的立式环模为研究对象,提出在工字型模块喂料端设置辊口式结构,即在工字型腰部上下两翼加工圆孔,孔中装配轴承和插入圆辊。通过相邻圆辊间所构成的辊口压入秸秆颗粒,从而将物料与原模块间因数较大的滑动摩擦变为物料与圆辊间因数较小的滚动摩擦,达到减小模孔磨损的目的。利用有限元软件分析得到改进前和改进后模孔处的磨损率曲线,结果表明:改进前环模最大磨损率0.11μm/s,改进后辊口式环模最大磨损率0.01μm/s,远小于改进前磨损率。通过试验表明所设计的辊口式环模具有减小磨损和延长环模寿命的作用。     

正反转旋耕后土壤和秸秆位移试验分析

土壤和秸秆在耕作后的位移变化是保护性耕作和秸秆还田重要组成部分。为分析和比较耕作后两者的位移变化,针对正、反转旋耕2种作业方式以及180、230、280 r/min 3种转速设置重复性试验。试验中按刀辊轴向布置标记铝块和横、纵向秸秆,运用示踪法(以点代面)思想,即根据标记的铝块和秸秆前后坐标变化值来代替机具在幅宽范围内土壤和纵、横向秸秆的位移变化。将得到的标记点位置进行标定,并在二维CAD中绘制出标记点在二维地表的形态,该形态与旋耕刀在刀轴上排列相似。2种耕作方式的地表形态和位移对比分析表明:正转旋耕的秸秆埋覆率要高于反旋,反转旋耕破碎率要优于正旋;土壤在耕作后分布较均匀,横、纵向秸秆在正反旋作业后均出现聚集现象,正旋作业更为明显;土壤以及地表秸秆位移反旋作业大于正旋作业,但随着机具转速增加,反旋作业位移呈递减,正旋作业位移呈递增。基于以上因素考虑,可以根据实际作业需要来改变耕作方式、转速以及刀具在刀辊上螺旋线形状来满足不同农艺要求。     

滴灌下覆盖和追肥措施对夏玉米生长及产量的影响

基于2 a田间试验,研究了滴灌下秸秆覆盖和追肥措施对华北典型区(北京)夏玉米耗水量、生理指标、产量及水分利用效率的影响。结果表明,秸秆覆盖减缓了土壤水分下降速度,一定程度上提高了土壤蓄水能力;秸秆覆盖对叶面积指数的变化存在显著影响,而追肥措施对株高和叶面积指数变化没有显著影响;充分滴灌下,相比不覆盖处理,秸秆覆盖并没有显著减少夏玉米生育期耗水量,但对作物产量和水分利用效率变化存在显著影响,基于100 kg/hm~2追肥量和6 000 kg/hm~2秸秆覆盖措施下,夏玉米产量和水分利用效率分别显著提高了11%和13%(P0.05)。