气吸式玉米高速精量排种器投种性能分析与结构优化

为解决前期研制的气吸式玉米精量排种器在高速作业条件下存在投种位置不一致和横向飞种导致播种均匀性差的问题,该研究从力学角度对投种位置不一致和横向飞种现象进行分析,构建了不同吸附姿态和尖端直立深入吸附种子的力学模型以及相邻两粒种子间距的数学模型,明确了投种位置不一致和横向飞种的产生机理及速度和株距对投种均匀性的影响机制,提出一种末端拨离+直线投种方法,确定了末端拨离阻气件的关键参数。利用高速摄像技术和ProAnalyst运动分析软件对投种过程进行对比分析,结果表明,采用末端拨离+直线一致性投种方法,种子在竖直方向匀加速运动,在水平方向速度为0,到达投种位置后脱离种盘,沿竖直方向直线加速进入导种管,可实现均匀一致的直线投种。台架试验结果表明,采用末端拨离+直线投种的气吸式精量排种器在各个作业速度条件下排种性能较改进前均有所改善,在14 km/h时,合格指数提高了1.61个百分点,漏播指数降低了1.00个百分点,株距变异系数降低了1.79个百分点。田间试验结果表明,在作业速度小于等于12 km/h条件下,播种机的播种合格指数均大于94%,漏播指数小于5%,重播指数小于2%,株距变异系数小于20%,采用末端拨离+直线投种方式可大大改善播种效果,提高精量播种机作业速度。研究结果可为气吸式高速精量排种器的研究提供参考。     

Nitrat‐Austräge auf intensiv und extensiv beweidetem Grünland,erfasst mittels Saugkerzen‐ und Nmin‐Beprobung II Variabilität der NO3‐ und NH4‐Werte und Aussagegenauigkeit der Messmethoden

Nitrate leaching from intensively and extensively grazed grassland measured with suction cup samplers and sampling of soil mineral‐N II Variability of NO₃ and NH₄ values and degree of accuracy of the measurement methods Data from a grazing experiment — comparison of mean values, see Anger et al. (2002) — were used to estimate within‐field variability to asses the accuracy of two frequently used methods of estimating NO₃ leaching on pastures: (1) the ceramic suction cup sampling (with 34 cups ha^—1 minimum, calculated climatic water balance, 4 leaching periods) and (2) using the soil mineral‐N method (vertical soil NO₃ and NH₄ content in 0—0.9 m (N_min) measured at the beginning and end of two winters on a minimum of 10 different areas of 50 m² each with a minimum of 7 different sample cores). These methods were used on two permanent pastures with high mean stocking density of cattle of 4.9 LU ha^—1 on 1.3 ha with N‐fertilization of 250 kg N ha^—1 (= intensive [I]) and 2.9 LU without N fertilization on a 2.2 ha pasture (= extensive [E]). The results show that NO₃ leaching on pastures was largely due to few selectively extremely high NO₃ amounts under a few excrement spots — mainly urine spots — which would not be sampled representatively with an acceptable effort in a conventional grazing experiment. In both grazing treatments, very large spatial variation occurred. This was greater between the different suction cups than between the compound mineral N samples of each area. Therefore, a marked skewness and kurtosis demonstrated a non‐normal distribution of samples from suction cups, while mineral N values did not show this effect consistently. Sampling selected mostly spots without noticeable influence of excrement, but a few samples with very high values identified evidently urine spots from summer or autumn grazing. The differences in mean coefficient of variation (CV) between the grazing treatments and estimation methods were mainly based on the stocking rate and the density of excrement spots. CV values were 131 % [I] / 242 % [E] for NO₃ leaching measured with suction cup samplers and of 71 % [I] / 116 % [E] for soil NO₃ values and 24 % [I] / 34 % [E] for soil NH₄ values in 0—0.9 m according N_min‐method. Results of the N_min method are obviously inaccurate even with a sampling intensity much greater than 70 cores ha^—1; and so making an estimation of NO₃ leaching by this method is unsatisfactory for pastures. Compared to this, the results of suction cup sampling are more convincing; but even with a tolerated deviation of ± 20 % from the empirically estimated average and with a 95 %‐confidence interval, the calculated mean minimum number of samples in our experiment should be increased to 146 and 265 suction cups ha^—1 for the intensively and extensively grazed treatments, respectively. This requirement would be prohibitive for many field experiments.     

群组吸孔气吸式芹菜排种器设计与试验

气吸式排种器可实现小颗粒种子的精密排种,但芹菜种子球度较小,且农艺要求一穴多粒,成为芹菜气吸式排种器精量排种的难点。为此本文基于CFD流体仿真,结合多因素、多水平试验分析及验证等方法,设计一种群组吸孔的气吸式芹菜精量排种器。以西芹“文图拉”芹菜种子为研究对象,首先,根据芹菜种子三轴尺寸,确定吸孔形状及尺寸;其次,通过CFD流场仿真研究不同吸孔分布结构下吸孔负压并确定群组吸孔数量;再次,通过理论分析推导确定最低吸种负压;最后,以气室真空度、种盘转速、吸孔分布结构为试验因素,以漏播率、重播率、合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验。通过极差分析和方差分析确定了影响排种性能的主次因素与最佳参数组合。结果表明：气吸式芹菜精密排种器较优组合参数为气室真空度-4 kPa、种盘转速20.75 r/min、吸孔分布结构为正等边三角形,此时播种合格率为88.9%,漏播率为5.1%,重播率为6.0%。田间试验结果为：合格率83.48%,重播率9.15%,漏播率7.37%。本研究实现了气吸式芹菜精密穴播,可为一穴多粒球度较小的小颗粒种子精量排种器设计提供参考。     

三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器设计与试验

为了提高大豆育种试验中小区播种环节的机械化、自动化水平和播种精确度,针对大豆小区育种播种机清换种技术难题,设计了一种三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器。以电机为动力源,驱动三叶式辅助充种清换种机构与齿轮式排种盘协同工作,完成相邻小区之间的不停机快速清种、换种和充种。阐述了排种器基本结构与工作原理,结合育种试验的要求,运用TRIZ理论空间分离原理,对关键部件进行理论分析,并确定了结构参数。对三叶式辅助充种清换种机构进行EDEM虚拟仿真,分析了辅助充种过程,确定了达到最佳辅助充种效果时的叶片倾角。根据小区育种农艺要求,以作业速度、真空度、清换种时间为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数、清换种距离为试验指标,进行了三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,结果表明：最佳工作参数组合为作业速度5.3km/h、真空度4.6kPa、清换种时间0.3s,此时排种器合格指数95.29%、重播指数3.29%、漏播指数1.42%、清换种距离554.6mm,满足大豆育种试验的播种要求。     

LED风吸式杀虫灯对有效范围内茶小绿叶蝉虫口动态的影响

为明确LED风吸式杀虫灯对茶小绿叶蝉Empoasca onukii的防治效果,室内测定诱虫光源对茶小绿叶蝉卵和若虫生长的影响,温室内测定不同灯高和不同灯距组合下杀虫灯诱捕的茶小绿叶蝉数量,并计算杀虫灯对茶小绿叶蝉成虫的有效控制范围、诱杀中距离、诱杀黄金距离,并通过2年田间试验比较杀虫灯有效控制范围内不同灯距处、有效控制范围外茶小绿叶蝉成虫数量。结果显示:诱虫光源对茶小绿叶蝉卵和若虫的生长无显著影响,若虫生长历期为18.5 d,存活率为46.85%。随着灯距和灯高的增加杀虫灯对茶小绿叶蝉的诱捕量下降,灯高20～40 cm时,杀虫灯对茶小绿叶蝉的平均有效控制范围、平均诱杀中距离和平均诱杀黄金距离分别为58.17、30.41和23.86 m。茶园内灯距5 m处,茶小绿叶蝉成虫数量率先达到5个灯距中的最大值,不同灯距下茶小绿叶蝉成虫数量随时间推移而呈现出显著差异,虫口峰期时灯距25 m内的茶小绿叶蝉成虫数量为灯距120 m处的49.5%～64.4%。表明LED风吸式杀虫灯可通过诱杀茶小绿叶蝉成虫显著抑制其诱杀黄金距离内茶小绿叶蝉的成虫数量。     

大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律，双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带，必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。     

带有前置泵的有机朗肯循环实验

针对基本有机朗肯循环(B-ORC)在运行时工质泵易发生气蚀,提出了带有前置泵的有机朗肯循环(BPORC),并建立了实验装置。采用不锈钢磁力泵作为前置泵,安装于工质泵与储液罐之间,用于提升工质泵入口压力,从而确保工质泵入口有足够的气蚀余量。采用三氟二氯乙烷(R123)作为循环工质,在140℃热源条件下进行实验,对比了B-ORC和BP-ORC系统运行的稳定性和高效性。实验结果表明,前置泵可有效解决工质泵气蚀问题,使得有机工质流量不发生显著偏离和剧烈波动,工质流量波动幅值从±22 kg/h下降至±2.1 kg/h。相同条件下BP-ORC膨胀机输出轴功增大,当工质泵频率f为7 Hz时,膨胀机最大轴功从2.11 k W提升至2.35 k W,增幅为11.4%。本实验中前置泵功耗为0.3 k W,当不考虑前置泵自身功耗时,系统输出净功和热效率都明显提升,最大热效率从5.78%升至6.16%;计入前置泵功耗时,系统最大热效率则降至5.27%。     

测量土壤水分特征曲线的复合传感器设

为了直接获取土壤水特征曲线,在一种商品化微型张力计的基础上,设计了一种同步测量土壤水吸力与容积含水率的复合传感器.将张力计中的一段金属保护套管作为天线,利用其辐射阻抗随着土壤含水率变化的规律来测量土壤容积含水率.在实验室环境下,利用3种不同质地土样(砂土、砂壤土、粘壤土)对复合传感器进行了试验,并与经典土壤水特征曲线测量方法(压力锅法结合砂箱法)获得的数据进行了比较.结果表明,复合传感器在3种土壤样品上获得的水分特征曲线的均方根误差均小于0.05,与标准方法所获得的结果具有较好的一致性.     

气吸式播种机播种监测系统设计与试验——基于光敏原件

目前,机械式播种器研究较为成熟,但因本身结构特点难于播种长圆、扁等各种不规则形状的作物种子,而气吸式播种器尤其擅于播种棉籽、打瓜、葫芦籽、甜菜及玉米等种子。目前,播种机的监测装置大多使用机械式、压电传感器针对播种管、种料箱进行信号采集,并非在播种器内部进行监测。为此,设计了一种运用光敏二极管模块、霍尔传感器和单片机微处理器的气吸式播种机播种监测装置,实现了对播种机漏播、播种数统计,以及漏种报警等功能。播种监测系统试验结果表明:监测单元安装误差不应大于2.2mm,此时系统的漏播监测精度、播种数监测精度均大于95%。该气吸式播种监测系统符合监测要求,可避免过度漏播及无种空跑,提高了播种效率,降低了经济损失。     

电动机驱动玉米气吸排种器总线控制系统设计与试验

车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO 11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15～20 r/min)、中速(20～40 r/min)、高速(40～55 r/min) 3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1. 84 s、38. 51%,与位置PID控制相比较,分别降低1. 63 s、34. 41%; 15～55 r/min时平均稳态误差绝对值为0. 97 r/min,标准差为0. 76 r/min,平均稳态误差绝对值减小0. 13 r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20 cm,排种盘孔数为26个,车速4～12 km/h时,系统排种监测平均准确率为97. 53%,标准差为0. 48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540 r/min,车速范围为4～8 km/h,测得风压范围为-6. 0～-5. 9 k Pa,播种合格指数平均为95. 68%,标准差为2. 29%;车速达到9 km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4～12 km/h、2 km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2. 00 s,标准差为0. 34 s; 2 km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1. 83 s,标准差为1. 07 s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。