农业机械学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

农业机械学报 2016年第10期杂志 文档列表

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

基于双切圆寻线模型的农机导航控制方法1-10

摘要：针对油菜直播机组导航作业中田头换行、转弯等直线跟踪之间的衔接控制问题,设计了一种适用于2BFQ-6型油菜精量联合直播机导航的双切圆寻线模型控制方法。对初始偏差较大时拖拉机的寻线路径进行了定量分析,获得最优寻线路径的几何关系,依据该关系构建控制决策方法。所建决策方法根据拖拉机位姿状态选择相匹配的控制方程组,计算获得前轮转角以实现导航控制。进行了双切圆寻线模型参数仿真优化和性能与适应性仿真试验。使用该模型控制器进行拖拉机路面导航试验,结果表明：当行驶速度为0.7 m/s,拖拉机与目标直线初始横向偏差为7 m,初始航向偏角为90°时,控制器横向偏差响应的超调量不超过3%,上升时间小于14 s,调节时间不大于19 s,较纯追踪模型方法的超调量和调节时间更小;田间和路面试验结果表明：该模型控制方法对2BFQ-6型油菜精量联合直播机导航作业过程中的对行播种起始位姿调整和套行作业自动转弯操作具有指导价值。

稻麦秸秆旋耕作业中受力与位移分析11-18

摘要：常见稻麦秸秆在实际作业过程中与刀具作用发生2种变形：挤压秸秆发生弯曲变形和剪切秸秆发生剪切变形,根据2种变形设置弯曲试验和剪切试验,分别测试15～30 mm/min加载速率下弯曲强度和剪切强度。试验结果表明,小麦秸秆抗弯强度随着加载速率增加而减小;水稻秸秆抗弯强度随着转速增加,表现为先增加后减小。小麦秸秆剪切强度随着加载速率增加,表现为先增加后减小;水稻秸秆剪切强度随着加载速率增加而增加。其次在田间试验中,根据2种变形设置横纵向秸秆以及180～280 r/min的刀轴转速,并对其反旋作业。采用同位素示踪法,即根据标记秸秆前后坐标变化值来代替机具在幅宽范围内纵横向秸秆的位移变化,将得到的标记点坐标在三维坐标系中用Matlab绘制成曲线,该曲线形状与旋耕刀片在刀轴上排列相似。耕作后位移和坐标结果表明：水稻秸秆位移大于小麦秸秆位移,水稻秸秆标记点位移变化较小麦秸秆标记点位移变化均匀;2种秸秆排列方式对应2种分布情况：纵向标记秸秆坐标在X轴上以零点对称分布,横向标记秸秆坐标在X、Z轴上两侧对称分布。基于以上因素考虑,实际作业中,选择刀轴转速230 r/min以及改变秸秆在田间排列方式,以使秸秆还田效果达到更佳。

玉米精量排种器排种质量自动检测仪设计与试验19-27

摘要：为了方便、准确地检测不同种类玉米精量排种器的排种性能参数,设计了一种排种质量自动检测仪。该检测仪由PLC、伺服电动机、光电传感器、触摸屏组成,可以在不同播种参数（如播种粒距、播种速度、排种盘型孔数）下实时检测排种器的合格率、漏播率、重播率、粒距变异系数等播种质量参数,并可以检测指夹式排种器各个指夹的重播数和漏播数,同时对种子的下落情况进行实时的动画模拟;当下种粒数达到设定的下种目标时,系统自动停止检测并将检测到的排种质量参数自动显示和保存。为验证该检测系统的检测精度,分别与JPS-12型检测台和Meter Max型排种器检测仪进行了对比试验,试验结果表明：在4、8、12 km/h 3种播种行进速度下,本文检测仪的检测精度与JPS-12型检测台的检测精度相近（检测结果相差不超过2%）;在4～12 km/h的速度下,本文检测仪的检测精度与Meter Max型排种器检测仪的检测精度也相近（对指夹式排种器的检测结果相差小于2%,对气吸式排种器的检测结果相差小于0.7%）。试验证明该检测仪的检测精度符合使用要求。

断根嫁接苗自动栽植装置设计与试验28-34

摘要：为进一步提高断根嫁接苗育苗作业的自动化程度,针对现有的瓜科蔬菜嫁接机嫁接完成后幼苗栽植一直依靠人工作业的现状,设计了断根嫁接苗自动栽植装置,包括移苗机构、插苗机构、插孔机构等关键机构,并对关键部件进行了仿真。仿真结果表明,当插苗运送气缸上升速度与插苗手爪打开速度的比值在0.22～0.55之间时,插苗手爪可以顺畅撤离穴盘,并不会对已栽植好的嫁接幼苗产生影响。并对装置栽植性能进行了试验,试验结果表明,装置的栽植成功率为92%,最长栽植时间为7 s/株,可较为理想地与相应的瓜科断根蔬菜嫁接机配套使用,满足其自动育苗的要求。

差速式三通道鲜杏动态定向输送装置设计与试验35-43

摘要：针对杏干加工过程中鲜杏切瓣劳动强度大、效率低、质量差和卫生难以保障等问题,在对鲜杏几何特性及空间三轴旋转转动惯量研究基础上,提出了基于空间几何最小作用量原理的差速带式鲜杏动态定向输送原理,确定了样机的总体结构方案;进行了差速式鲜杏定向输送机理分析和关键工作部件的结构设计,设计了相应的鲜杏动态定向输送装置;以赛买提鲜杏为试验对象,以定向带/夹持带速比、定向带上口间隙和鲜杏尺寸为试验因素,定向准确率和切割准确率为试验指标,进行了鲜杏动态定向输送装置的性能试验;通过正交试验分析表明：定向带与夹持带速比为6.52,定向带上口间隙为15 mm,鲜杏横径尺寸为32.1～35.0 mm时,鲜杏在输送过程中的定向准确率为87.4%,切割准确率为85.6%。

打结器割绳脱扣机构与绕绳机构作用分析与改进设计44-50

摘要：针对打结器脱扣失效和刚性碰撞的问题,分析割绳脱扣机构与绕绳机构的相互作用机理,仿真刀臂的受力-形变,得到刀臂沿打结嘴轴方向的刚度为801.05 N/mm,脱扣凹槽与打结嘴的过盈量合理设计范围应为[0.38 mm,0.59 mm];同时得到最大正压力下割刀在刀臂变形后与Oxy、Oxz和Oyz平面夹角变化分别为0.659°、0.475 9°和0.455 5°,这为割刀安装补偿量提供数据支持;依据刚-柔碰撞原理,设计一种弹性化打结嘴轴系,仿真得到该轴系使脱扣凹槽-打结嘴首次接触力在脱扣和回程阶段分别比原轴系减小46.3%和83.9%,因此该方案可减轻碰撞,同时具备提升脱扣率的优点,最后成功试制样品,实际打捆试验证明了该方案的可行性。

基于多目标模糊优化的低比转数多级自吸喷灌泵研究51-58

摘要：在单级自吸离心泵基础上,提出了一种具有高自吸性能及优良外特性的多级自吸泵的自吸装置。基于多目标模糊优化设计,确定追求关死点扬程极大值、最大轴功率极小值的多目标优化模型,结合设计经验及工艺需求建立相关约束条件,并进行非线性极值求解,最后以最优解完成过流部件的水力优化设计。对多级自吸喷灌泵进行了外特性试验,发现原始模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为10.7 m和250.4 W,而新模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为13.3 m和189.6 W。

双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究59-65

摘要：为探索将潜水电泵和双向流道泵装置结合在一起的双向流道潜水电泵系统,通过CFX软件对该系统进行全流道数值模拟,获得了系统内的流动特性,并预测了泵装置的水力性能。对进水流道内加设不同导流措施的水流特性进行了分析,结果表明,加设椭圆线导流锥的进水流道出口流速分布均匀度效果最好,能够防止有害旋涡,保证水泵运行的进水条件。应用特别设计的、单边18°的大扩散角出水室,有效地抑制了脱流和水力损失,确保水泵系统整体效率水平。在高精度水力机械试验台进行了模型试验。试验结果表明,泵装置扬程为3.11 m,流量为256 L/s,泵装置效率达到71.9%,正、反向分别高于可逆式双向潜水泵装置7和13个百分点。说明双向流道配立轴潜水泵装置具有良好的工程应用价值。模型试验结果和性能预测结果在高效区范围内吻合,数值计算得到较好的验证。

混流泵非均匀轮缘间隙流场数值计算66-72

摘要：为了研究非均匀轮缘间隙下混流泵叶轮内部流场,基于RNG k-ε模型,采用SIMPLEC算法对混流泵在0、0.3、0.5 mm偏心距下的内流场进行数值模拟,对比分析了有、无偏心状态下混流泵外特性、叶片表面静压分布、周向压力和湍动能分布以及轮缘间隙流场的流线分布。研究结果表明,数值模拟采用的网格类型、湍流模型能够较为准确地计算混流泵的内部流动特性。0.5 mm偏心距下混流泵扬程最大下降了9.8%,设计工况点效率下降了4.3%,高效点向大流量偏移;偏心对混流泵叶轮进出口压力分布影响较大,靠近偏心一侧的叶片出口轮缘处压力分布呈现沿径向梯度分布趋势且周向压力分布严重不均;非均匀轮缘间隙严重干扰了端壁区流场,使轮缘间隙流场的泄漏流、二次流等不稳定流动现象明显增多,湍动能耗散随着偏心距增大不断加剧,水力损失增大,是造成效率下降的主要因素。

半开式单叶片螺旋离心泵叶轮内部压力脉动研究73-77

摘要：半开式单叶片螺旋离心泵由于叶轮结构不对称、叶轮与蜗壳之间的动静耦合作用以及叶顶间隙泄漏等因素的共同作用,泵内部伴随着很强的压力脉动效应,不利于机组的安全运行。针对比转数ns为237的半开式单叶片螺旋离心泵,以CCM＋为仿真平台,采用多面体网格划分计算区域,进行全流场定常/非定常数值计算,监测叶轮叶片进口附近及叶片中部区域的压力脉动。结果表明：数值计算监测得到的压力脉动趋势与试验结果基本一致,但在监测点位置刚好离开叶片吸力面一定距离,并与同一轴向高度处叶片压力面具有较大圆周距离范围内时,数值计算得到的压力波动变化趋势与试验结果存在一定差异。结合数值计算得到的监测点附近压力云图分析发现,当叶片压力面逼近监测点时,压力达到最大值,并在叶片圆周厚度1/3处时,压力达到最小值。另外,从压力最低点到压力最高点范围内,2个监测点位置在5个工况下,压力波动均呈现出3种斜率变化。

导叶叶片数对井用潜水泵性能的影响78-84

摘要：选取一典型井用混流式潜水泵作为研究对象,借助数值模拟和试验测量的方法研究导叶叶片数对井用潜水泵性能的影响。在导叶叶片型线不变的情况下,通过调整叶片数6、7、8共3个方案进行数值模拟。以单级泵模型建立计算域,划分高密度结构化网格,通过网格无关性分析确定了合适的网格划分方案。基于SST k-ω湍流模型和标准壁面函数进行多工况数值模拟,对不同叶片数方案的泵性能预测结果进行了对比。证实在小流量工况下,叶片数的增加提高了导叶叶片流道内整流效果,泵的扬程随叶片数的增加而提高。然而在大流量工况下,过多的叶片会占据更多的流道面积,并产生较大的水力损失。7叶片方案的进口面积与叶轮出口面积匹配较好,水力损失较小。将7叶片方案进行了加工制造和样机性能试验,试验结果表明模型泵性能优秀,高效区宽且具有无过载特性。数值模拟预测的扬程和功率均略高于试验结果,预测的泵效率与试验值基本一致,两者随流量变化的整体趋势基本一致,证实本文数值模拟具有一定的精度。

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化85-90

摘要：为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流（BVF）、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明：优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。

农业机械学报杂志农业水土工程

水氮耦合对滴灌复播油葵氮素吸收与土壤硝态氮的影响91-100

摘要：为了解新疆北部石河子地区水氮耦合对滴灌复播油葵的氮素累积、转运分配与吸收利用及土壤硝态氮累积动态的影响,以大田试验为基础,结合室内试验,以当地油葵主栽早熟品种“新葵杂五号”为供试材料,在滴灌条件下进行水氮二因素三水平完全处理小区试验。结果表明,不同水氮组合的滴灌复播油葵各器官氮素累积生育前期均以叶片为主,生育后期均以花盘为主。水氮组合对滴灌复播油葵各器官在各生育期对氮素的累积、分配、转运与吸收利用及油葵产量均具有显著（p〈0.05）或极显著（p〈0.01）的互作效应。适当范围内（施纯氮量小于等于232 kg/hm2、灌水量小于等于3 000 m3/hm2）增水增氮可以促进油葵各器官对氮素的有效累积,促进油葵氮素的转运与吸收利用,达到促进油葵高产的目的。水氮耦合对滴灌复播油葵土壤硝态氮累积量影响显著。随施氮量增加,0～80 cm土壤硝态氮累积量增加;随灌水量增加,土壤硝态氮累积量在0～40 cm土层降低,在40～80 cm土层增加;收获后,随灌水量和施氮量增加,土壤硝态氮相对累积量在40～80 cm土层增加,在0～40 cm土层降低。结合油葵产量与植株对氮素吸收转运的表现,该试验最佳花盘全氮增加量为2.16 g/株,产量为3 597.11 kg/hm2,最优水氮组合为灌水3 000 m3/hm2,施纯氮232 kg/hm2。

横坡垄作下土壤湿润速率对褐土坡面侵蚀特征的影响101-107

摘要：不同土壤湿润速率和侵蚀类型下团聚体破碎存在较大差异,进而诱发坡面侵蚀特征变化。横坡垄作特有的侵蚀过程可能改变土壤湿润速率对坡面侵蚀特征的影响效应。以褐土横垄为研究对象,基于室内模拟降雨试验,研究5个土壤湿润速率下（10、20、30、60、90 mm/h）不同侵蚀阶段的产流产沙和团聚体迁移规律。结果表明,细沟间阶段径流量随土壤湿润速率的增大而增加,而细沟阶段不同土壤湿润速率间的径流量无显著差异。2个阶段内,侵蚀量均随土壤湿润速率的增大而增加,与土壤湿润速率10 mm/h相比,20、30、60、90 mm/h速率下的侵蚀量分别显著增加25.16%～115.51%、95.02%～144.34%、151.03%～164.49%、249.42%～398.91%。细沟间阶段,土壤湿润速率的变化仅改变了产沙过程,而细沟阶段产流产沙过程均随土壤湿润速率发生了改变。主要迁移粒级-微团聚体流失所增加的细沟间和细沟侵蚀阶段分别主要来自2～5 mm和0.25～0.5 mm团聚体的破碎,而相应控制这2个粒级破碎的关键土壤湿润速率分别为20 mm/h和10 mm/h。不同阶段下迁移团聚体平均重量直径由大到小依次为细沟阶段、湿润处理后、细沟间阶段。

灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响108-114

摘要：为研究淡水与微咸水降水头入渗的差异,采用矿化度为1.0 g/L的微咸水与去离子淡水,对滨海围垦区粉砂土与南京黄棕壤土进行了一维降水头积水入渗试验。试验结果表明,采用微咸水入渗可以增大2种土壤的入渗能力,且对黄棕壤土的影响更为明显。利用Philip入渗模型对试验数据进行拟合,结果表明,模型可以较为精确地描述2种土壤的微咸水降水头入渗过程,且模型对黄棕壤土入渗过程的拟合精度更高。土壤水分与盐分再分布过程中,在粉砂土上层,微咸水灌溉对盐分的淋洗效果与淡水灌溉相近,但在土壤深层微咸水灌溉使土壤的积盐量显著高于淡水。采用淡水灌溉的黄棕壤土,土壤表层脱盐、深层积盐;采用微咸水灌溉的土柱剖面均明显积盐,且因表层土壤孔隙结构被破坏,持水能力增强,使表层土壤与深层土壤均积累了较高含量盐分。

基于水肥一体化的酿酒葡萄高效栽培与效益分析115-121

摘要：水肥一体化技术在干旱、半干旱区应用广泛,为了探究水肥一体化技术在酿酒葡萄上的应用效果及经济效益,以“赤霞珠”为研究对象连续3 a对宁夏贺兰山东麓传统水肥管理（CK）、滴灌＋常规施肥管理（DF）和水肥一体化栽培方式（FI）下酿酒葡萄产量、品质、成本及经济效益进行了分析。结果表明,水肥一体化前期投入较传统水肥管理偏高,酿酒葡萄水肥一体化增产效果较差,但品质及价格提升明显,葡萄原料收购价显著高于传统种植模式,灌溉水量和农药用量显著降低。与传统水肥管理相比,水肥一体化节约水费1 853元/hm^2,节约人工成本9 585元/hm^2,年均收益达到43 128元/hm^2,产投比高达2.98,而传统水肥管理下年均亏损7 192元/hm^2,产投比仅为0.77。传统水肥管理不仅成本高,而且产出低,水肥一体化则成本低,产出高,是解决干旱区酿酒葡萄品质低下、劳动投入量大、经济效益低的有效措施。在宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄园开展水肥一体化技术能显著改善品质,节本增效,适宜在干旱、半干旱区域广泛使用。

泾惠渠灌区作物种植结构变化对灌溉需水量的影响122-130

摘要：研究种植结构变化对灌区作物需水量和灌溉需水量的影响,能够为作物生育期的灌溉用水管理和农业水资源规划提供基础数据。依据泾惠渠灌区实测降水和蒸发蒸腾等气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算灌区主要作物需水量;通过频率计算和配线法确定灌区丰水年（25%）、平水年（50%）和枯水年（75%）的有效降水量;根据1988—2014年Landsat卫星遥感影像提取的泾惠渠灌区不同历史时期农业种植结构数据,计算典型水文年份灌区总灌溉需水量,并分析作物需水量和灌溉需水量在不同典型水文年的年际和月际变化。结果表明,随着泾惠渠灌区农业种植结构的变化,灌区总的作物需水量和灌溉需水量都呈现显著下降趋势。但泾惠渠灌区在1988—2005年间,单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量都基本保持不变,随后均呈小幅下降趋势。各月份作物总需水量和总灌溉需水量除6月份之外,其余各月份都呈现显著下降趋势;但在此期间,灌区单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量除在4、8、9月份呈下降趋势,而6月份呈显著增加趋势外,其余各月份基本保持不变。灌区总的作物需水量和灌溉需水量的下降主要是由农作物种植面积大量减少所致,种植结构的变化对其影响较小,但灌区种植结构调整后的作物需水量状况更符合区域有效降水特点。

基于多元回归的栅格水系阈值计算模型131-138

摘要：针对栅格水系提取中汇流累积量阈值对水系密度和质量的影响,以湖北省为研究样区,探索不同水流分配策略下,地形、降水量和植被因素与最佳水系阈值间的相关性,采用多元线性回归方法建立水系阈值计算模型。结果表明,最佳水系阈值与区域坡度、多年降水量以及植被覆盖率存在明显的正相关性,地势越陡峭、降水越充沛、植被越丰富,汇流累积量阈值越大。基于多元线性回归的栅格水系阈值提取模型能够有效融合不同区域的多源影响因素,得到合理的汇流累积量阈值。在不同水流分配策略下,方程的置信水平均大于0.95,模拟的数字水系与实际水系具有较高的相似度,能够为农林规划和灾害预测等行业提供合理的水文信息。将该方法用于其他流域,同样可以取得较好的提取效果。