基于推杆电动机的拖拉机液压悬挂控制系统
摘要：设计的拖拉机液压悬挂自动控制系统包括推杆电动机、传动机构和控制单元ECU等。控制单元ECU实时接收上位机决策控制指令,控制推杆电动机驱动拖拉机液压悬挂的提升器,调整作业机具至适宜的位置。设计了双阈值斜坡启动和反馈PI算法相结合的PWM电动机控制方法,启动阶段以前馈斜坡输入控制为主,使推杆电动机可以平稳且快速地启动;主体运行阶段以PI反馈控制为主,以提高控制速度和精度。采用C语言实现整个控制系统编程,包括电动机反馈信号的AD转换采集、电动机的PID控制、上下位机的CAN通讯以及串口通讯等内容。试验测试结果表明,前馈斜坡启动方式可以较好地避免电动机启动时的瞬间冲击电流;当死区阈值设置为10（AD）时,最大误差范围为±11（AD）,体现在推杆电动机上的行程误差为±0.26 mm,满足拖拉机液压悬挂系统的自动操纵控制要求。拖拉机液压功率分流无级变速器换段规律研究
摘要：为了改善拖拉机液压功率分流无级变速器的换段品质,基于仿真与试验相结合的方法,对其影响因素及其参数匹配关系进行了深入研究。首先,基于油压试验与回位弹簧位移补偿试验建立了离合器轴向力模型以及传动系整机模型,并对该仿真计算模型进行了不同工况下的试验验证;而后,将液压功率分流无级变速器换段品质的影响因素划分为3大类,即工况因素、设计因素与可控因素,并分别对其中的8个子类因素进行了仿真研究,从理论上阐述了其变化规律;最后,研究了换段品质各影响因素之间的交互性及其作用规律的稳健性,据此得到换段参数之间的最佳匹配关系。研究结果表明：轴向柱塞单元油液工作容积对换段品质无显著影响;发动机转速对换段品质的影响是相对的,受到换段点泵排量的制约;在等速换段条件下,离合器充油流量和换段时序的提高均对换段品质具有改善作用;离合器充油压力、负载转矩、负载惯量3因素对换段品质的影响则受到多种因素制约,其规律自身不具备稳健性。支持故障报警的果园对靶变量排肥系统
摘要：针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1～5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2～40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。马铃薯组培苗自动取苗机构设计与试验
摘要：根据马铃薯组培苗的特点及其培养环境,设计了一套将整瓶马铃薯组培苗一次性无损伤全部取出的取苗机构。该取苗机构包括母瓶机械手和取苗手爪,取苗手爪伸入培养基从根部夹持住组培苗并保持静止不动,母瓶机械手夹住母瓶后退,实现培养瓶和培养苗的相对运动,最终使组培苗的大部分茎秆伸出瓶外,而培养基卡在瓶口处,便于后续苗株的顺利剪切。分析并确定了取苗机构的关键参数。为了明确2对取苗爪片间距离k、每个培养瓶中组培苗数量n、母瓶机械手速度v、培养瓶摆动频率f等因素对取苗效果的影响,以取苗后培养基的倾斜程度为测试指标进行了正交试验。试验结果表明：2对爪片间距离k是影响取苗后培养基倾斜度的主要因素,而每个培养瓶中组培苗数量n、母瓶机械手速度v和培养瓶摆动频率f没有显著性影响;当2对爪片间距离为26 mm,每瓶苗数为45～55株,母瓶速度为25 mm/s,摆动频率为2 Hz时,取苗后培养基倾斜度最小,取苗效果最好。打结器运动图像与捆绳张力信息同步获取系统研究
摘要：在已有方捆机上搭建了一套可实时同步获取打结器运动图像和捆绳张力信息的试验系统。开发了用于同步触发高速摄影与张力传感器的同步模块,通过在1 000 Hz频率参数环境下进行试验,分析高速摄影捕捉到的目标图片数与张力传感器捕捉到的目标数据点数,发现二者数目相同,且不同组打结过程打结器运动特征点与捆绳张力部分峰值点对应齿盘度数的变异系数均小于3%。基于所得运动图像信息与张力信息得出了打结器各机构的运动时序范围,确定了揽绳器、钩钳、脱绳杆等机构的详细运动时序。基于自由曲面变形方法的离心泵叶片载荷优化
摘要：针对传统离心泵叶片反问题及其优化难以进行,提出了基于载荷驱动的离心泵叶片自由曲面变形反问题方法,构建了更为稳定有效的晶格变形函数。根据离心泵叶片载荷分布特征采用多段样条曲线对离心泵叶片的载荷进行参数化控制,在控制变量空间进行试验设计,采用响应面方法对叶片载荷分布规律进行优化研究,得到了离心泵叶片载荷分布规律与对应的叶片形状及叶片水力性能间的关系,得到了低比转速离心泵叶片理想的载荷分布规律。算例优化结果表明：提出的离心泵叶轮叶片载荷优化理论及方法是可行的。双吸离心泵关阀启动过程的瞬态特性研究
摘要：采用数值模拟手段,研究双吸离心泵关阀启动过程的瞬态特性,数值模拟计算域为整个闭式回路,选取的湍流模型是SST-SAS模型。计算过程中通过改变叶轮的旋转加速度来控制泵的启动历时变化,进而达到模拟不同启动历时对于泵启动过程瞬态特性的影响。数值结果与实验结果吻合良好,研究发现：在启动规律都为直线加速情况下,启动历时对于泵扬程峰值的影响很小;全回路三维模型用来模拟泵启动过程得到的瞬态扬程外特性相比于局部边界的数值模拟结果更为接近实验值;蜗壳内部的压力脉动变化与泵的启动历时有较大关系,随着泵启动历时的减小,蜗壳隔舌处会产生较大的低频压力脉动。离心泵混合网格优化算法研究
摘要：针对现有离心泵混合网格优化算法,分别对四面体网格和三棱柱网格进行优化,会出现优化质量不高且效率较低的问题,建立一种同时考虑三角形形状和棱柱侧边正交性的三棱柱网格质量优化目标函数,并结合已有四面体网格质量优化目标函数,建立了能够在优化的同时考虑四面体和三棱柱网格质量的目标函数。此外,对比分析了6种不同求最优值方法在迭代次数以及需求精度等因素变化情况下对混合网格优化效果的影响。数值验证结果表明,共轭梯度法和二分法相结合且权重系数取0.2的求最优值方法,其优化效果和效率最好;对比分析本优化算法与某商业软件中的优化算法,最差网格单元质量和整体网格的质量均有所提高,且本算法优化后得到的最差网格单元质量要高于某商业软件。所提算法的优化效果优于已有算法。旋转失速条件下离心泵叶轮压力脉动特性研究
摘要：离心泵发生旋转失速时,失速团周期性地生成和脱落往往会诱发低频压力脉动,严重影响水泵的安全稳定运行。为研究离心泵旋转失速对压力脉动的影响,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了叶轮内部流场和叶片上的压力脉动特性。对不同旋转时刻的内部流动进行分析,可以看到旋转失速团产生于叶片吸力面头部附近,沿圆周方向向叶片压力面运动,并逐渐衰减。对叶片上的压力脉动进行分析,发现当旋转失速发生以后,叶片上的压力脉动幅值远大于非失速工况。失速团对叶轮中的压力脉动有很大影响,叶片上的压力脉动频率以失速频率为主;叶片吸力面头部压力脉动幅值最大,并沿着水流方向,叶片上的压力脉动幅值依次减小。随着流量进一步减小,叶轮进入深失速工况,压力脉动主频幅值有所降低,而失速频率逐渐增大。前置导叶可调式轴流泵低频压力脉动特性研究
摘要：基于RANS方程和SST k-ω湍流模型,对前置导叶可调式轴流泵进行三维非定常计算,研究了前置导叶调节对轴流泵外特性和压力脉动的影响,揭示了小流量工况泵内低频压力脉动随前置导叶调节变化机理。结果表明：前置导叶负角度时,轴流泵扬程升高,效率在小流量工况基本保持不变,大流量工况略有升高;前置导叶正角度时,轴流泵扬程和效率均下降,且大流量工况效率下降幅度较大;小流量工况泵后置导叶内的涡旋引起低频压力脉动,且低频压力脉动频率与涡脱落频率一致;偏离设计工况时,前置导叶调节可减小叶轮进口流动冲角,改善泵内流态,从而降低低频压力脉动幅值。双向竖井贯流泵进出水流道优化研究
摘要：基于RNG k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用商用CFD软件对双向竖井贯流泵装置进行了三维流动数值仿真计算。对流道内的水力损失分析借鉴了微元法分析原理,通过对比分析分段水力损失可知：竖井作为进水流道时,其尾部汇合处水力损失较大,直管式出水流道在靠近导叶出口端水力损失较大,竖井作为出水流道在分叉处水力损失较大。通过调整竖井及直管式流道型线,有效减小水力损失,泵装置外特性有了较好的提升,最终完成水力性能优化设计。最终优化后的双向竖井贯流泵装置在叶片安放角为0°时数值计算结果正向运行效率最高达72.0%,反向为57.9%;模型试验结果正向运行效率最高达70.4%,反向为56.2%。叶片安放角变化规律对液力透平性能的影响
摘要：基于ANSYS Bladegen软件,针对不同叶片安放角变化规律分别设计3种前弯叶片液力透平专用叶轮。通过与试验结果对比,确定了合理的数值模拟方案,分别完成了3台透平全流场数值计算。分析了叶片安放角变化规律对透平外特性、压力分布和水力损失分布的影响。结果表明：最优工况时,3个叶轮的效率、压力分布和水力损失分布均相差不大。在非最优工况,安放角采用线性变化规律设计时,透平性能更好,效率曲线更平坦;叶轮出口处低压区域范围较其他2种方案大。水力损失分布显示在叶片进出口安放角及包角相同的情况下,安放角变化规律对蜗壳及尾水管内的流动影响不大,仅对叶轮内的流动产生较明显的影响,叶片安放角呈＂S＂形变化对透平性能的影响是负面的,线性分布规律相对较好。基于遥感的农业用水效率评价方法研究进展
摘要：遥感技术的发展为区域尺度蒸散发计算、作物分布识别及估产提供了一条有效途径,为基于遥感信息的灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率定量评价奠定了基础。回顾总结了遥感蒸散发模型、瞬时蒸散发升尺度方法、日蒸散发插值方法、作物分布识别方法及作物估产模型的研究进展,评述了遥感蒸散发及作物估产结果在灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率评价中的应用情况。提出了相关领域需要进一步研究的问题,包括适合非均匀下垫面特点且具有较强物理基础的灌区遥感蒸散发模型、日蒸散发插值中灌溉或降雨引起土壤含水量突变情况的处理、农田蒸散发中灌溉水有效消耗量的准确估算、能适应复杂种植结构并且适用于多年的作物分布遥感识别模型以及精度较高且可操作性强的遥感估产模型等。东北半湿润区膜下滴灌对农田水热和玉米产量的影响
摘要：为从农田土壤水、热循环角度揭示玉米膜下滴灌节水增产机理,于2011—2013年在东北半湿润区开展了玉米田间试验,对膜下滴灌、不覆膜滴灌和地面灌玉米田进行了土壤温度、含水率、田间小气候、作物生长、养分积累及产量的观测和分析。结果表明：与不覆膜滴灌和地面灌相比,膜下滴灌提高了玉米生育前期的土壤温度,苗期5～25 cm的日均土壤温度增加2.3℃,土壤积温增加87℃;整个生育期土壤积温增加115～150℃。覆膜减少了土壤蒸发,膜下滴灌玉米生育期的土壤蒸发量比不覆膜滴灌降低53%,提高了玉米生育前期的土壤含水率。膜下滴灌提高了典型日的冠层空气温度并降低了冠层空气湿度,可能导致作物蒸腾量的增加。膜下滴灌明显增加了玉米生育前期的氮素吸收量,促进了玉米的营养生长,为生育后期的生殖生长积累了更多的营养物质,成熟期的地上部分干物质质量分别比不覆膜滴灌和地面灌增加14%和23%,氮素吸收量分别增加16%和28%。膜下滴灌营造了有利于玉米生长的土壤水、热环境,平均产量分别比不覆膜滴灌和地面灌处理提高11%和21%,水分利用效率分别提高9%和18%。灌溉施肥对尼罗河三角洲玉米产量和水分利用率的影响
摘要：针对埃及尼罗河三角洲地区传统灌溉方式存在的水分利用效率低、产量低和农户增收困难等问题,通过田间试验探索该地区玉米种植适宜的灌溉施肥模式。大田试验于2012年和2013年在埃及苏伊士运河大学试验基地进行,共设置滴灌（D）、涌泉细流沟灌（B）、传统沟灌（F）3个灌溉方式和施无机肥（C）、液态有机肥（O）2个施肥种类,共6个处理。试验研究了水肥互作对玉米叶面积指数（LAI）、地上生物量（ADM）、产量构成要素、经济产量、水分利用效率（WUE）和经济效益的影响。结果表明：抽雄期以后,灌溉方式和施肥种类对玉米LAI和ADM的影响均有显著差异（P〈0.05）,其中OD处理的LAI和ADM均处最高水平。两种施肥条件下,D、B和F 3种灌溉方式对玉米产量和WUE的影响均表现为：B〉D〉F。不同灌水条件下,O处理比C处理玉米产量提高18.6%～24.4%,WUE提高18.7%～23.4%。CB处理玉米的年均净效益最高,达7 373元/hm2,但与CF处理差异不显著。CB处理（即涌泉细流沟灌技术与施无机肥结合）是埃及尼罗河三角洲玉米最佳种植模式。涝渍胁迫对棉花形态与产量的影响
摘要：为揭示棉花对涝渍胁迫的响应规律,于2008—2011年在武汉大学校园灌溉排水试验场开展了测坑试验研究,分析了涝渍胁迫不同形式（涝渍单一和涝渍综合）及不同生育期（蕾期、花铃期和吐絮期）对棉花形态（叶面积指数、茎粗和株高）和产量（籽棉和干物质）的影响,建立了＂涝渍胁迫-形态特征-产量水平＂结构方程模型,比较分析了各因子间的作用效果。结果表明：在形态响应方面,单渍胁迫即使历时更长,对棉花形态生长的影响仍小于单涝胁迫,而涝渍综合胁迫的抑制作用最大;蕾期和花铃期内遭遇涝渍综合胁迫均会显著（p〈0.05）抑制棉花形态生长,而吐絮期内抑制作用很小;叶面积生长受涝渍胁迫的抑制作用最大,其余依次是茎粗和株高。在产量响应方面,单涝胁迫的减产作用大于单渍胁迫,与涝渍综合胁迫基本相同;花铃期内棉花遭受涝渍综合胁迫会导致显著减产,蕾期次之,而吐絮期内减产作用较小;籽棉产量受涝渍胁迫的减产作用比干物质产量大。涝渍胁迫对棉花产量的作用效果大于形态;在所选的涝渍胁迫单一和综合指标中,以涝渍时间单一指标（受涝期间累积地表受淹深度和累积超标地下水位SWFDH、受渍期间地下累积超标地下水位SEW30）最适合描述涝渍胁迫对棉花形态及产量的影响。不同生育期水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响
摘要：对不同生育期水分亏缺程度对春青稞（Hordeum vulgare）水分利用效率和产量的影响进行了桶栽试验研究。试验处理设充分灌溉处理（2个水分控制下限和秸秆覆盖）以及在全生育期和5个不同生育期的4个水分亏缺程度（轻度、中度、重度和极度）处理,共27个处理。结果表明,在充分灌溉条件下,75%田间持水率水分下限控制处理的春青稞收获指数、籽粒产量和作物水分利用效率大于80%水分处理;秸秆覆盖处理的籽粒产量和水分利用效率在所有试验处理中最大。在全生育期水分亏缺条件下,春青稞籽粒产量均小于充分灌溉处理,且随着水分亏缺程度的增大而显著减小;轻度至重度水分亏缺处理可获得更大的作物收获指数和水分利用效率,但极度水分亏缺却导致最低的籽粒产量、收获指数和水分利用效率。除成熟期水分亏缺处理外,不同生育期水分亏缺处理条件下,春青稞籽粒产量和作物水分利用效率基本随着水分亏缺程度的增大而减小;拔节期、分蘖期和灌浆期水分亏缺对籽粒产量的不利影响较大。地表秸秆覆盖或全生育期轻度至重度水分亏缺处理可提高春青稞水分利用效率。不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究
摘要：积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明：积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。
