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[硕士论文] 岳彩德
环境工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:针对沼液膜浓缩工艺中存在的膜前预处理困难、不同膜技术效果不明、膜浓缩工艺的选择缺乏科学依据的问题,本文探讨了陶瓷膜作为猪场沼液预处理的可行性,对比分析了不同膜技术及其组合对沼液浓缩处理效果,考察了运行压力对浓缩倍数、膜通量等运行参数的影响。由于采用膜技术进行养分浓缩的同时抗生素、重金属浓度也可能随之升高,因此,对浓缩过程中重金属、抗生素含量进行了检测,以明确其含量和分布。主要结论如下:
  (1)不同孔径和压力下陶瓷膜的运行试验表明,陶瓷膜可以作为猪场沼液的预处理方式,且优化运行条件为200nm孔径,0.3MPa。在0.3MPa运行压力下,200nm孔径陶瓷膜膜通量可以达到100.6L/(m2·h),对总磷、TOC、氨氮、总氮和总钾的去除率分别为61.2%、35.0%、3.8%、6.2%和3.0%。尽管在0.3MPa的运行压力下,50、200nm两种孔径陶瓷膜对浊度的去除率均能够达到99%以上,对COD的去除率分别为36.2%±0.6%和32.6%±1.5%。但200nm陶瓷膜通量比50nm陶瓷膜膜通量高52.8%。试验提出的清洗方式为1%氢氧化钠+1%柠檬酸组合,陶瓷膜的膜通量恢复率可达95.4%。
  (2)NF、RO1、NF+RO2共3种膜浓缩技术的对比试验表明,纳滤膜截留氨氮的效果差,采用NF+RO2两级膜技术组合能够降低膜浓缩系统的运行压力,同时提高反渗透的膜通量。当VRF为6时,NF、RO1和RO2浓缩工艺对氨氮的去除率分别为13.7%、88.5%和85.4%。反渗透对氨氮的去除率相较于纳滤膜高出74.8%。在1.5MPa相同运行压力下,RO2的膜通量比RO1高出了98%。纳滤膜作为反渗透膜的前处理能够降低反渗透膜的运行压力。在VRF为6时,NF和RO2浓缩液中氨氮浓度分别为其进水的1.7倍、3.8倍;NF和RO2浓缩液中TK浓度分别为其进水的1.7倍、3.6倍,该膜技术组合能够有效回收沼液中的养分。
  (3)浓缩液和透过液中重金属、抗生素含量的检测结果显示,重金属的去除主要发生在陶瓷膜过滤阶段,而抗生素主要富集到纳滤和反渗透浓缩液中。陶瓷膜浓缩液中Zn的含量为0.46mg/L,为其进水的3.5倍;Cu的含量为0.12mg/L,为其进水浓度的3倍以上。纳滤膜浓缩液中磺胺嘧啶SD、磺胺二甲基嘧啶SMZ、磺胺间甲氧嘧啶SMZ-J、四环素TC、土霉素OTC含量分别为22.05ng/mL、905.65ng/mL、19.57ng/mL、32.55ng/mL、675.94ng/mL,分别为其进水浓度的1.25倍、1.25倍、1.52倍、1.13倍、4.77倍。反渗透膜能够对纳滤膜透过液中抗生素进行进一步的截留。反渗透浓缩液中磺胺嘧啶SD、磺胺二甲基嘧啶SMZ、四环素TC、土霉素OTC的含量分别为11.52ng/mL、525.8ng/mL、46.47ng/mL、112.44ng/mL,分别为其进水浓度的4.1倍、3.2倍、1.5倍、3.2倍。
[硕士论文] 张继宇
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前全球的能源消费结构依然是以化石能源为主,寻找代替的能源刻不容缓。生物质能作为资源最为丰富的可再生能源之一,近年来已经被世界各国学者所重视。然而,仅凭借常见的有机废弃物不足以满足生物质能源发展的原料需求。因此,能源作物进入了大家的视线。我国有大量的边际性土地不能开垦为耕地,但可以种植能源作物,去填补生物质能源的原料空缺。本课题探究了一种典型的能源作物——柳枝稷的厌氧消化性能,并系统地比较了各种预处理的处理效果,探究了最佳的厌氧消化操作条件,利用热解对实验产生的沼渣进行了处理并对能量回收进行了评估。
  首先,比较了NaOH、KOH、Ca(OH)2、H2O2、HCl、H2SO4和蒸汽爆破7种预处理方法在厌氧消化性能提升上对柳枝稷的影响。结果表明本文选取的所有预处理方法在室温(20℃)下均能对柳枝稷的厌氧消化性能进行改善,效果最好的是4%NaOH溶液,累积甲烷产量达到了197.2mL gvs-1,相比未预处理的柳枝稷提升了325.61%。此外3%KOH溶液也有很好的处理效果并且对环境更为友好。Ca(OH)2和蒸汽爆破预处理虽然产气效果提升一般,但能够明显缩短厌氧消化迟滞期时间。
  其次,根据上文实验结果,采用响应面法,系统地研究了3%KOH溶液室温预处理的柳枝稷在不同进料有机负荷、接种比和初始pH值下的厌氧消化产气性能。进料有机负荷从3提升到27.3gVS/L会使甲烷产量提升,随后稍稍下降。在所选区间内,接种比与甲烷产量之间呈现负相关趋势,接种比0.5为最优条件。对于pH值,从5提升到到9,甲烷产量先上升后下降。响应面法模型给出最优化条件为进料有机负荷27.30gVS/L,接种比0.5,初始pH值6.96,在此条件下可以得到299.5mL gvs-1的累计甲烷产量。
  最后,结合上文结论,本课题在总负荷为24gVS/L,接种比为1,初始pH值为6.96的反应条件下,对柳枝稷进行20、37、55和120℃的3%KOH溶液预处理研究。厌氧消化结果显示120℃处理30min的柳枝稷厌氧消化过程中甲烷产量显著(P<0.01)好于其他各组,达到了288.4mLgvs-1,20、37和55℃的预处理柳枝稷之间没有显著性差异。此外,对20℃预处理组别的沼渣进行了回收热解实验,获得了422mL gvs-1的热解气,即4.43MJ kgvs-1的能量,结合厌氧消化产甲烷235.5mL gvs-1,获得8.45MJ kgvs-1能量。因此,厌氧消化与热解两个过程能够回收柳枝稷中85.3%的能量。
  未来的生物质能源工业化应用中,在边际性土地种植柳枝稷,并通过预处理和厌氧消化过程加以利用可能会成为切实有效的方法。
[硕士论文] 郑志建
电子与通信工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:水资源严重匮乏已经成为全球性的问题,节约并高效用水是人类生产和发展的共同需求。中国是全球13个人均水资源严重贫乏的国家之一,水资源的匮乏严重制约了我国经济社会的可持续化发展,更加发展成为制约我国农业经济发展的一大“瓶颈”。为了满足人民日益提高的农业经济方面的需求、改善农业水资源滥用的基本状况、合理配置农业资源必须发展自动滴灌技术。
  本文针对在农业节水技术中存在的滴灌不合理、水资源浪费、人力成本高昂等问题,设计了一套基于STM32的自动滴灌系统。相比于传统灌溉技术,具有性能稳定、无线传输数据、精准测量并能够实时观测数据变化,远程控制滴灌系统等功能。
  在本文中,首先,通过分析多个影响土壤湿度的因子并且使用传感器对其进行测量,将测量后的多个传感器参数进行数据融合。其次,完成土壤环境传感器检测模块设计、数据传输模块的设计、自动滴灌系统多传感器参数融合算法设计。再次,设计并完成了远程监控模块,其中远程监控模块不仅能监控土壤环境传感器模块采集的传感器量、实时显示融合后的土壤湿度值、而且能够远程控制自动滴灌系统。最后,通过一系列的实验验证传感器的灵敏度以证明该自动控制系统具有稳定性高、精确测量、节水性能良好等优点。
  综上,本文设计并实现的一套基于STM32的自动滴灌系统,具有稳定的工作状态、良好的测量精度、节水性能优良等优势。其不仅能够对土壤中的存在的土壤温度、土壤湿度、光照强度进行准确的测量,而且能够实现远程控制,节省人工成本。不但为农业精确播种、灌溉提供重要依据,而且也为农林业的发展、促进植物的生长方面起到促进与发展的作用。
[硕士论文] 王帅
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:随着秸秆贮存技术的发展,玉米秸秆作为一种优质饲料,已被广泛应用;同时,玉米秸秆是一种最具开发潜力的清洁可再生能源。因此,玉米秸秆的综合利用对我国的畜牧业和能源发展具有重要意义。秸秆的收集储运是其产业化利用的关键环节,有效高质的玉米秸秆压缩机构是此环节的重要保证。本文在对国内外压缩理论以及打捆装备综述的基础上,从玉米秸秆力学模型及力学特性研究入手,理论分析和仿真分析相结合,对打捆装置的压缩机构进行了深入研究及分析,并通过系统试验对该装置进行优化设计,使该装置的压缩成捆性能趋于更稳定、工作更可靠,从而有效地改善该装置的作业性能指标。
  主要研究内容及结论如下:
  (1)本文将玉米秸秆作为试验研究对象,结合材料复合理论及弹性理论,确立了玉米秸秆的力学模型为圆柱体形弹性力学模型。然后以果穗成熟期的苏玉18秸秆作为试验材料,对其进行力学特性试验,从而得到了玉米秸秆弯曲以及压缩过程中的变化规律。此外,通过试验、数据处理和分析可以看出,不同试验条件下(含水率、有无节、节间),各因素对压缩特性指标的影响并不一样,但都是影响玉米秸秆压缩特性的重要因素。
  (2)对玉米秸秆打捆装置的压缩机构进行设计并建模,然后进行运动学和动力学仿真分析。通过借鉴现有机型设计以及机架预留位置,确定偏心距e为20mm,有效行程s为540mm,极位夹角θ为2°,然后利用几何关系式计算出曲柄的长度r为270mm,连杆的长度L为620mm。此外,确定其他参数如下:捆包的截面尺寸为400×480mm,活塞的压缩频率为93r/mm。根据设计好的参数进行三维实体建模,然后对该压缩机构进行运动学仿真,分析其运动学参数的变化规律;对机构的铰接处进行动力学仿真,分析曲柄、连杆、活塞之间受力的变化规律,验证机构的合理性。
  (3)开展压缩成捆性能试验研究,优化打捆装置结构参数和作业参数。通过单因素试验,研究喂入量、捆包长度及出口高度三个因素对成捆率、规则捆率及捆包密度的影响,明确各影响因素对压缩成捆性能指标的影响规律;通过对影响因素进行响应面法优化试验,建立回归模型,并进行多目标参数优化分析,确定最佳参数组合,即喂入量3kg/s,捆包长度700mm,出口高度240mm,最后经试验验证,在最佳参数组合条件下,成捆率为97.78%,规则捆率为94.15%,捆包密度为258.37kg/m3。
[硕士论文] 常迪
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:定量分析区域农作物净灌溉需水量及其变化规律,明确影响净灌溉需水量变化的主要环境因子,对于保障区域作物用水安全、提高区域水资源承载力具有重要现实意义。本研究以人民胜利渠灌区为研究对象,首先选取2005-2015年的Landsat遥感影像数据,采用面向对象的分类方法,即按照作物形状特征、空间几何特征、拓扑特征建立规则集,从而提取农作物相关信息:然后根据研究区气象数据、土壤数据以及提取的作物数据,通过基于土壤水分动态随机模型,计算区域农作物净灌溉需水量;在此基础上,运用空间叠加分析提取净灌溉需水量和作物种植面积的空间变化特征,并通过敏感性分析得出了气象因素及作物种植面积对区域作物净灌溉需水量的影响程度,揭示了人民胜利渠灌区净灌溉需水量的变化趋势,从而为灌区水资源科学调度与管理及作物种植结构调整提供技术支撑。本研究取得的主要结果如下:
  (1)采用遥感面向对象分类方法,并结合多尺度分割、模糊规则分类算法,对人民胜利渠灌区的主要种植作物冬小麦、夏玉米和水稻的空间分布信息进行了提取。结果表明.在分割像素尺度为50的条件下,可以区分出植被区;在分割像素尺度为10的条件下,以2015年为例,归一化植被指数(NDVI)大于071的种植区域为冬小麦,归一化水体指数(NDWI)大于052的种植区域为水稻,灰度共生矩阵(GLCM)小于128的种植区域为夏玉米。不同年份所选指数的取值范围存在差异,根据面向对象分类软件(eCognition)中的精度评价,得到的作物分类结果精度较高,符合实际情况和研究需要。
  (2)改进了基于土壤水分动态随机模型的净灌溉需水量计算模型。根据土壤水分动态随机模型,在计算点尺度净灌溉需水量的基础上,考虑到土壤质地和作物种植面积的差异以及对精度的不同要求,完善了区域土壤参数与作物参数,构建区域净灌溉需水量计算模型,计算得出了研究区在2007年、2013的净灌溉需水量相对较高,分别为697亿m3和693亿m3,封丘县、滑县、获嘉县和原阳县2005-2015年的净灌溉需水量高于新乡市郊、新乡县、卫辉市、淇县、辉县和封丘县。
  (3)采用敏感性分析对研究区净灌溉需水量时空变化影响因素(作物、气象因素)进行了统计分析。结果表明,旱季日均降水量、平均气温和降水频率的波动幅度相比日照时数、相对湿度和风速更为剧烈,雨季日均降水量、降水频率的波动幅度相比平均气温、相对湿度、日照时数和风速更为剧烈。敏感性分析表明,在降水频率增加5%的条件下,净灌溉需水量下降417%;降水频率为强敏感参数,降水量、湿度、气度、冬小麦种植面积为中等敏感参数,而风速、日照时数、夏玉米及水稻种植面积则为弱敏感参数。
[硕士论文] 刘彪
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:果园管理中的一个重要环节就是果园的施肥作业管理,果园施肥对提高果树的产量和水果的质量具有决定性的作用。目前,市场上出现的果园施肥机械基本上都是针对颗粒肥或化肥的施肥,而对像厩肥这样的有机肥,采用的施肥方式仍是机械开沟人工施肥的方式,缺少集挖穴、施肥、覆土于一体的果园有机肥施肥机。针对这种现状,本文进行果园有机肥旋切变深施肥机的研究。主要研究内容如下:
  依据果园施肥技术的要求,设计了果园有机肥旋切变深施肥机。论文介绍了果园有机肥旋切变深施肥机的整机结构、工作原理,并对旋切机构、链传动箱、机架、肥箱与排肥器等关键部件作了分析与设计。通过对旋切机构上刀片的运动学分析,建立了刀片的运动轨迹方程;通过对旋切机构上刀轴的力学分析知,作业深度、刀轴转速等都是影响刀轴受力的主要因素。运用ADAMS仿真软件对使用Pro/E建立的果园有机肥旋切变深施肥机的三维模型进行虚拟仿真运动,运用ANSYS有限元分析软件对机架作模态分析以及对链传动箱作静力与模态分析。最后,试验并检测果园有机肥旋切变深施肥机的施肥深度与宽度稳定性、碎土率、肥料分布的均匀性变异系数等性能参数。
  通过ADAMS虚拟仿真分析结果知:当在最大作业深度时,前、后刀尖在垂直方向上理论分析的差值与仿真分析的差值误差为1%,刀尖运动轨迹重叠量理论分析与仿真分析的值误差为2.7%,最大作业深度可达40cm。通过ANSYS有限元分析结果知:机架与链传动箱的1阶固有频率分别为40.594Hz、248.33Hz,远远大于该机的作业频率4.15Hz,满足机具动态稳定的设计要求;链传动箱的静力分析结果为12.15MPa,符合强度的设计要求。
  通过土槽试验分析结果知:最小施肥深度为19.6cm,最大施肥深度可达40cm,施肥宽度为43.85cm,施肥深度与宽度的稳定性系数分别为95.8%与97.85%,碎土率范围为65.59%-78.27%,肥料分布的均匀性变异系数范围为22.80%-34.26%;以功率、肥料分布的均匀性变异系数与碎土率作为试验指标而把作业前进速度、转速与施肥深度作为试验因素进行正交试验分析,得出这个3个因素对这3个指标都有着显著的影响;最后运用综合评分的方法确定了这3个指标综合评分结果达到最佳时最优工作方案为作业前进速度为0.1m/s,转速为250r/min,施肥深度为20cm。通过田间试验知:最小施肥深度为19.4cm,最大施肥深度可达40cm,施肥宽度为44.4cm,施肥深度与施肥宽度稳定性系数分别为94.9%和97.05%,作业施肥后土壤的碎土率为73.03%,肥料分布的均匀性变异系数为29.76%。
  本次研究的果园有机肥旋切变深施肥机不仅可以完成对有机肥的机械化施肥,还可以根据需要对施肥深度进行调节,解决了不能集挖穴、施肥、覆土于一体的有机肥的机械化施肥问题。
[硕士论文] 王万宁
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:针对华北地区传统耕作模式下水浇地普遍存在土壤耕层逐年变浅、犁底层变厚、耕层土壤蓄水保肥能力下降、灌水质量不高等问题,本研究以冬小麦—夏玉米连作为研究对象,设计冬小麦播前深松40cm+旋耕15cm(PS)、不同畦田规格(畦长50m、畦宽1.7m、3.4m、5.1m)和入畦流量(30m3·h-1、40m3·h-1)6个试验处理组合,以传统旋耕15cm、畦宽3.4m作为对照(CK),于2016-2017年在中国农业利学院新乡综合试验基地,开展了深松耕作和畦灌灌水技术参数组合对土壤物理性状、土壤入渗性能、灌溉水流推进、作物生长发育等田间试验研究,建立了土壤入渗Kositiakov模型,并对深松耕作方式下畦灌灌水技术参数进行了模拟研究、灌水质量进行了分析评价。研究取得的主要结果如下:
  (1)研究了深松耕作方式对土壤物理特性、土壤含水量的变化规律,发现深松较传统耕作能改善冬小麦—夏玉米土壤容重、孔隙度、紧实度,明显降低了0-40cm土层土壤容重和20-30cm土层土壤紧实度,增加了土壤孔隙度,并在一定程度上提高了0-100cm土层的土壤含水率和0-60cm土层土壤储水量。
  (2)揭示并模拟了深松耕作方式下畦灌水流推进、土壤入渗特性变化规律,发现入畦流量和畦宽对水流推进时间均有一定影响;入畦流量(40m3·h-1)和畦宽(3.4m)一定时,深松耕作畦灌水流推进时间较对照平均延长了5.32min;采用幂指数函数对水流推进数据进行了拟合,决定系数R2均在0.9以上。与传统耕作相比,深松后的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和土壤累计入渗量分别提高41.53%、50.08%、12.58%、12.44%,采用Kositiakov入渗模型能较好地拟合深松后冬小麦拔节期土壤入渗过程,决定系数R2在0.92~0.96之间,畦灌灌前入渗系数a值为11.20,入渗指数b值为0.62;灌后入渗系数口值为8.16,入渗指数b值为0.83。深松耕作显著提高了冬小麦播种后和收获后20cm、40cm深度处土壤饱和导水率。
  (3)分析了深松耕作对作物生长特性、产量和水分利用效率的影响,发现深松耕作对冬小麦—夏玉米的生长发育具有一定的促进作用,其株高、叶面积指数、干物质积累量、产量和产量构成要素均显著高于传统耕作,冬小麦—夏玉米水分利用效率较传统耕作平均分别提高24.61%和23.11%。深松耕作方式下,畦宽为3.4m、入畦流量为40m3·h-1的畦灌灌水技术参数组合,作物水分利用效率最高,节水增产效果显著。
  (4)采用WinSRFR模型对深松耕作畦灌灌水过程进行了模拟、灌水质量进行了评价,模型对深松畦灌水流运动过程模拟结果较好,不同处理ARE的范围在22%~29%。深松耕作畦灌灌水效率平均为86%、灌水均匀度平均为81%,分别较传统耕作提高2.76%和4.95%,其中,深松耕作方式下,畦宽为3.4m、入畦流量为40m3·h-1的灌水效率为95%,灌水均匀度为86%,优于其它处理组合,灌水质量较好。
  (5)通过对作物产量、水分利用效率、以及灌水质量评价等的综合因素分析,筛选出深松耕作方式下畦灌灌水技术参数最优组合,得到了深松40cm+旋耕15cm,畦长为50m,畦宽为3.4m,入畦流量为40m3·h-1,坡度为0.0019,改水成数为0.39h,糙率为0.211,入渗指数a值为0.638,入渗系数K值为118.444mm·h-a的畦灌灌水技术参数组合最为适宜。
[硕士论文] 吴腾
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:甘薯是重要的粮食作物和食品加工原料,秧蔓茎尖可菜用,同时研究表明紫薯花青素含量较高,具有很好的保健作用。甘薯生产过程中劳动强度大,其中去秧蔓和挖掘收获环节用工最多。我国是甘薯生产大国,且近一半左右种植在丘陵地区,所以丘陵用甘薯生产装备的发展对甘薯产业机械化发展具有重要作用。
  本文在国内甘薯种植农艺的基础上,设计了一款手扶式甘薯碎蔓还田机,阐述了碎蔓装置、刀座防磨损技术、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计。利用INVENTOR对甘薯碎蔓还田机进行虚拟建模,利用ANSYS对关键部件刀辊轴进行振动模态分析,验证设计的合理性。为检验整机性能,对甘薯碎蔓还田机进行系统试验,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率为试验指标,进行单因素试验,得出刀辊转速、离地间隙和刀片间距对试验指标影响较大。在单因素试验的基础上运用Box-Benhnken中心组合试验方法对碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,建立了响应面数学模型,分析了各因素对试验指标的影响,对影响因素进行了综合优化。
  主要研究内容和结论如下:
  (1)对国内甘薯生产情况和甘薯机械化生产发展现状进行了概述和探析,详细介绍了国内外几种类型甘薯秧蔓处理机械,总结出影响甘薯秧蔓处理机械作业性能的主要影响因素。通过甘薯秧蔓机械力学特性试验得出收获期甘薯藤蔓平均拉断力为1751N,平均剪切力为57.23N。
  (2)根据我国甘薯种植农艺,对甘薯碎蔓还田机的整机进行设计,主要包括碎蔓罩壳、刀辊轴及甩刀、导向轮调节机构、导向轮、传动系统等。根据种植农艺采用仿垄形设计,甩刀双螺旋交错对称排列;运用三维设计软件INVENTOR建立样机虚拟模型,结合软件ANSYS进行刀辊轴振动模态分析,结果验证了刀辊轴设计满足要求。
  (3)为检验机器的各项性能,确定甘薯碎蔓还田机的最优参数值,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度、伤薯率为评价指标,开展了以刀辊转速、离地间隙和刀片间距三个因素的单因素试验,运用SPSS软件对试验结果进行回归分析,观察各试验因素对机具作业性能的影响规律,分析影响机具作业性能的主要因素,以确定各主要因素的合理参数范围。采用Box-Benhnken中心组合试验分析了刀辊转速、离地间隙和刀片间距对秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率的影响规律并进行了模型参数优化,通过试验验证了模型和优化结果的准确性;各因素对粉碎合格率影响顺序为刀辊转速>离地间隙>刀片间距,各因素对留茬高度影响顺序为离地间隙>刀辊转速>刀片间距,各因素对伤薯率影响顺序为离地间隙>刀辊转速>刀片间距;通过试验验证,甘薯碎蔓还田机的最优工作参数组合为刀辊转速1950r/min、离地间隙25mm、刀片间距40mm时,此时秧蔓粉碎合格率为9488%、留茬高度为47.08mm、伤薯率为0.23%。
[硕士论文] 张亚萍
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:我国花生、残膜等农业物料收获任务繁重,机械化收获成为农业物料收获的必然发展趋势。铲筛式花生挖掘收获机在花生分段收获中运用广泛,但存在振动大、清土效果差等问题。因此,本文以振动小、清土效果好为主控目标,设计了一种铲筛式自平衡花生挖掘收获机,并在试验研究的基础上进行了参数优化。同时,在调研和试验中发现,花生、马铃薯、玉米等作物收获后,地里残留的农膜没有得到有效回收,造成了严重的环境污染。目前国内的残膜回收机具不仅对破碎严重的残膜回收效果不理想,而且功能单一、经济性差、商品化价值低。基于花生挖掘收获和残膜回收在工艺流程和工作原理上的相同点,以铲筛式自平衡花生挖掘收获机为原型进行改进优化,设计了一种多功能铲筛式自平衡挖掘收获机。通过关键部件的便捷组配和参数调节,既可实现花生挖掘收获,又可进行残膜回收,实现了一机多用,并通过田间试验对机具残膜回收效果进行了检验。
  论文主要研究内容如下:
  (1)铲筛式自平衡花生挖掘收获机的设计与分析。对挖掘铲、驱振装置、振动筛等关键部件进行了参数设计,确定铲面倾角为20°,采用反平行四边形机构驱动双筛体振动筛实现自平衡,配重所用偏心块质量1.786kg,偏心距(偏心块质心到驱振轴轴心的距离)13.5mm。花生收获作业时,采用杆条间距为12mm的杆条筛。并通过模态分析与振动测试验证了结构设计的合理性。
  (2)铲筛式自平衡花生挖掘收获机试验研究。选取总损失率、带土率和振动加速度为试验指标,确定机具前进速度、杆条筛振幅和驱振轴转速为主要影响因素,通过单因素试验和响应面综合优化试验确定了各因素对指标的影响规律及显著性水平,并建立了各因素关于性能指标的多元二次多项式回归模型。各因素对总损失率和振动加速度的影响程度均为:驱振轴转速>杆条筛振幅>机具前进速度;对带土率的影响程度为:驱振轴转速>机具前进速度>杆条筛振幅。综合优化后得到了最优参数组合:机具前进速度1.0m·s-1、杆条筛振幅48mm、驱振轴转速240rpm,此时总损失率为1.73%,带土率为7.32%,振动加速度为3.02m·s-2。
  (3)多功能铲筛式自平衡挖掘收获机的设计与残膜回收验证试验。在铲筛式自平衡花生挖掘收获机的基础上,改进设计了多功能铲筛式自平衡挖掘收获机,可以兼收花生和残膜。针对多功能机具的残膜回收功能,设计了振动筛、多级膜土分离装置、集膜与卸膜装置等关键部件。确定振动筛振幅为48mm,驱振轴转速为222rpm,后筛筛面倾角为10°。通过残膜回收田间试验测得3个试验指标值为:残膜回收率85.72%,膜土比0.5、振动加速度3.32m s-2,机具残膜回收综合性能良好。
[硕士论文] 赵朋飞
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:玻璃球滤料作为一种新型环保滤料,具有理化性质稳定,耐磨损,过滤水头损失小的特点,在国外已经被应用于水处理行业。玻璃滤料在微灌设备中的过滤及反冲洗原理类似于砂石滤料,具有截污能力强、滤料清洗方便的特点,能有效的滤除过滤水中对滤头造成阻塞的有机杂质和无机杂质,保证微灌过滤设备的高效运行。之前国内外学者对砂石过滤器的工作原理做了大量的理论和试验研究,本人针对玻璃滤料与传统的砂石滤料的过滤及反冲洗性能进行对比,开展不同粒径的玻璃球滤料在不同条件下的过滤性能试验研究,为玻璃球滤料在微灌过滤设备上使用及微灌过滤器设计时设置合理的过滤时间与反冲洗频次提供参考。
  试验思路首先通过对石英砂、玻璃球、碎玻璃三种不同滤料开展过滤及反冲洗对比试验,分析出了过滤时三种不同滤料的清洁压降随滤速的变化规律。通过试验主要取得了以下研究成果:
  1.开展玻璃滤料与石英砂滤料的过滤及反冲洗性能对比试验,石英砂滤料发挥截污作用的滤料高度约为滤层以下三分之一的滤柱高度,而玻璃滤料则有60%的滤层厚度发挥截污作用,与石英砂滤料相比具有水头损失小、滤料反冲洗彻底,截污能力强,反冲洗长周期运行比石英砂更省水的特点。
  2.通过开展三种粒径的玻璃球滤料过滤性能对比试验,得到以下结论:
  (1)对于粒径为0.7mm、0.9mm的玻璃球滤料,当过滤浑水质量分数为0.01%时,初始过滤速度对过滤出水浊度影响不大;当过滤浑水质量分数大于0.03%时,当初始过滤速度为0.015m/s时,过滤出水浊度在趋于稳定前有较大波动,当初始过滤速度大于0.02m/s时,滤后水浊度随时间很快趋于稳定,且有较小的出水浊度。对于粒径为1.13mm的滤料,滤后水的平均浊度大小取决于初始过滤速度,且在一个过滤周期内过滤出水浊度的平均值大于前两种滤料。
  (2)对于同一种粒径的滤料,过滤瞬时流量随着过滤时间的增加而减小。对于同一种滤料,在同一初始过滤速度条件下,过滤浑水质量分数越大,过滤瞬时流量在一个过滤周期内的减少量就越大。当过滤浑水质量分数相同时,在同一种过滤速度条件下,粒径较小的滤料颗粒在整个过滤周期中的瞬时流量变化最大,粒径较大的滤料颗粒在整个过滤周期中的瞬时流量变化最小。在同一种过滤浑水质量分数条件下,采用同一种过滤速度进行过滤时,粒径为0.7mm和0.9mm的滤料的过滤瞬时流量在一个过滤周期内的减少量随着初始过滤速度的增大而增大,而对于粒径为1.13mm的玻璃球滤料过滤瞬时流量在一个过滤周期内的减少量随着初始过滤速度的增大而减小。
  (3)对于粒径分别为0.7mm和0.9mm的玻璃球滤料来说,同一滤料,在同一初始过滤速度条件下,滤层进出口压差随着过滤浑水质量分数的增大而增大。在不同的过滤浑水质量分数条件下,当初始过滤速度较小时,粒径为0.7mm、0.9mm、1.13mm的玻璃球滤料在整个过滤周期中进出口压差增加值依次减小。对于粒径为1.13mm的玻璃球滤料,在同一过滤浑水质量分数条件下,滤层进出口压差的增加量随着初始过滤速度的增加而增加。
[硕士论文] 张书彦
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:水稻种植是其生产过程中的重要环节,其种植质量的好坏,将直接影响到其出苗、分蘖和生长,进一步影响水稻生产的经济效益。通过在农场调研和查阅相关文献发现,市场上现有的精量水稻直播机多数采用机械式播量可调装置,播量在一定范围内实现调节,易存在排量不稳定、播量调节精度不高等问题,造成播种不均匀,使得播种效果与预期相差较大,甚至会造成大量减产,不能完全满足农艺播种要求。因此,这就需要我们研制更加先进的播量可调式水稻精量播种机。
  本文在查阅大量国内外参考文献和实地农场农户调研的基础上,设计了一套基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统。本文通过试验研究,建立了水稻播量与其关键影响因素(稻种含水率、排种轮转速n、种层高度h)间的数学模型,基于模型开发了播量调控系统,实现播量精准调节,达到精量播种的目的。本系统通过触摸屏实现人机交互,可进行稻种类型、亩播量和含水率选择设定。工作时,触摸屏界面实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l。
  本研究主要包括以下内容:
  (1)完成整个基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统设计。该系统主要包括主控制器、电源转换模块、数据采集模块、执行模块和参数显示模块。田间工作时,该系统的线路会集中安装在一个控制柜中,增强系统稳定性,避免田间复杂环境带来的影响。
  (2)建立水稻播量控制模型。设计室内台架排种试验,分析稻种含水率、排种轮转速n及种层高度h对水稻排种器单圈排量q的影响情况,并建立播量控制随动模型。
  (3)设计触摸屏人机交互界面。可随时控制系统运停,便于操作人员实时掌握控制系统运行情况。实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l运行信息。
  (4)控制系统台架试验。搭建软硬件系统平台,包括PLC控制器、霍尔测速和超声波测距传感器、触摸屏已及执行电机的选型与设计,设计硬件原理图,进行软硬件系统调试。试验证明,控制系统运行稳定,实现播量精准调节。
  本研究建立了多因素影响下的水稻播量控制模型,将其作为控制系统核心部分,测速和测距传感器实时检测机车前进速度及种层高度,根据控制模型实时控制播种量,从而达到精确播种的效果。为智能化大型水稻精量直播机的研制提供理论依据。
[硕士论文] 南茜
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:微灌加气技术是微灌发展的重要研究方向之一,但目前对于微灌加气装置运行效果的研究尚不多,微灌加气设备的选型没有系统的技术支持。为此,本文采用超微米气泡循环加气装置和空气压缩机2种加气装置,展开加气微灌首部水力性能试验和滴灌带水力性能试验,比较了两种装置首部产生溶解氧的效果和滴灌带运输过程中水气变化分布情况,分析了不同温度、不同通气时间因素下溶解氧变化规律、气泡悬浮时间以及不同滴灌带进口压力、不同滴灌带长度、不同滴头朝向因素下的流量、溶解氧分布规律和气水均匀度等,得出如下结论:
  空气压缩机加气时水中溶解氧随时间整体变化不大,而超微米气泡循环加气装置的溶解氧衰减明显。从溶解氧含量及加气设备运行能耗上综合考虑,两种加气设备在加气时长为5min时效果最优。升温会造成水中溶解氧含量的降低。因此微灌加气时,为获得更大的溶解氧含量,应尽可能在较低温度下进行。不论加气与否,选用哪种加气设备,滴灌带铺设长度增加时溶解氧含量都没有明显流失;滴头朝上滴灌带的溶氧量比滴头朝下的更多,但溶解氧含量均匀度更低。超微米气泡在水中的悬浮时间比较长,且气泡的存在稳定性较强。在超微米气泡发生机加气、空气压缩机加气、不加气三种条件下,滴头平均流量随滴灌带进口压力的增大而增大,随滴灌带长度的增大而减小。不同的滴头朝向对平均流量的影响很小。加气处理与不加气处理相比,滴头平均流量减少不大,对流量均匀度的影响不明显。不同加气设备之间的平均流量差异也很小。滴灌带铺设长度对两种加气设备下的流量均匀度都存在显著影响,滴头朝向仅对空气压缩机加气时的流量均匀度呈显著作用,且滴头朝下比滴头朝上的流量均匀度高。灌水器流量均匀度随滴灌带进口压力增大而增大,随滴灌带铺设长度增大而减小。对空气压缩机设置不同的加气量(或对应滴灌带中不同气水比)条件下,各取样点滴头出水量随滴灌带铺设长度的分布规律类似,其分布主要与滴灌带本身性能有关。气水比升高,灌水器流量的克里斯琴森均匀系数变化不大,整体上呈稳定趋势。结合滴头出流量及水中溶解氧含量综合分析,采用空气压缩机加气量为3L/mm时节省能源,综合效益为三种加气量下的最优。结论进一步丰富了现有微灌加气理论,为微灌加气技术的推广应用提供了一定的技术参考。
[硕士论文] 伍文杰
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:油菜是我国主要的油料作物之一,种植区域广泛,种植面积大,种植面积及产量均居于世界前位。油菜籽作为主要的植物油原料,含有丰富的油酸,具有较高的营养价值,随着植物油脂人均摄入量的增加,油菜生产也变得更加重要。然而由于油菜自身的生长状况和特性,油菜植株高大,茎秆粗壮坚韧,分枝密布交叉,相互牵扯分禾困难,果荚容易开裂落粒,难以进行机械化收获。且机械化收获所采用的机器也是在稻麦联合收割机的基础上改装而成,主要通过加长割台、加立式割刀、更换筛面等部件改变使其进行油菜收获,机器适应性差,没有真正从油菜收割的特性上深入细致的研究,所以性能不够完善,收割损失率偏高。针对这一问题,本研究结合油菜特有的生物特性和物理机械特性,围绕割台产生高损失的原因,分析确定割台主要结构参数和运动参数,主要通过田间试验等方法优化验证其结构和运动参数,试验以割台损失率为主控目标,对拨禾轮水平位置(相对割刀位置)、拨禾轮垂直位置(相对割刀位置)和拨禾轮转速开展单因素试验和响应面试验研究,获得三个参数对损失率影响的主次关系及显著性影响,寻求其最佳参数组合。在此基础上,优化割台传动结构,设计了拨禾轮液压调节系统并进行仿真,减少油菜收割过程割台落粒损失。
  本研究主要研究内容及结果如下:
  (1)相关文献查阅及现状介绍。在充分调研及查阅梳理与联合收割机割台相关文献资料的基础上,对其国内外现状进行简要介绍,了解当前油菜联合收割机割台存在的问题及已有解决的办法,对于收获过程中损失率过高的问题提出新的优化改进方案,通过田间试验进行结构和运动参数优化,相应的给出研究方法与技术路线。
  (2)联合收割机的结构特点分析。对联合收割机割台拨禾轮、切割器、螺旋推运器等主要部件进行理论分析和参数计算,并在其基础上分析了油菜收割机割台特点,主要是安装竖割刀分禾器减少油菜分枝拉扯损失;增加割台长度保证油菜在割台上喂入深度和输送的流畅性,减少落粒损失;增加挡板减少飞溅造成的籽粒损失;改变拨禾轮参数等。
  (3)油菜茎秆力学特性试验研究。主要包括油菜植株的生物特性测量和茎秆切割力学试验。油菜茎秆测量包括其茎秆高度、茎秆直径、底荚高度、最低分枝高度、分枝数、角果层最大直径、质量、含水率等数据,从结果可以看出,不同油菜品种各参数差异较大。油菜茎秆切割力学试验,分别从不同品种、同株不同高度、不同直径、不同加载速度等几个方面进行分析切割力变化,得出结论,青杂5号与青杂7号油菜茎秆在相同部位相同加载速度下受到的切割力有较大差异;同一品种不同高度油菜茎秆在相同切割速度下上部所受切割力基本小于底部所受切割力但没有显著差异;油菜茎秆所受切割力均随茎秆直径的增大呈现增长趋势;油菜茎秆所受切割力整体上随着割刀加载速度的增加而减小。
  (4)油菜联合收割机田间试验。选择拨禾轮水平位置、拨禾轮垂直位置和拨禾轮转速为主要参数,以割台损失率为主控目标,同时考虑收割机作业效率,以整机喂入量作为辅助目标。首先对三个主要参数进行单因素试验,分析各因素对损失率和喂入量的影响,发现拨禾轮水平位置、垂直位置和转速对损失率都有一定影响;而对喂入量有显著影响的的只有拨禾轮转速。在单因素的基础上,根据Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对拨禾轮水平位置、垂直位置和转速开展响应面试验研究,开展三因素三水平二次回归正交试验研究,建立回归模型,确定因素影响显著性。试验结果中,只有拨禾轮转速对喂入量影响显著,试验结果与单因素试验结果相一致。通过影响效应分析可知,割台各结构参数和运动参数对割台损失率影响显著顺序为拨禾轮垂直位置>拨禾轮转速>拨禾轮水平位置;以高效低损作为约束条件寻求满足性能要求的最佳参数组合,进行多目标参数优化,确定油菜收割机割台最优工作参数组合为拨禾轮水平位置为50mm、拨禾轮垂直位置为1056mm、拨禾轮转速为30r/min,优化条件下割台损失率为0.97%,喂入量为8.35kg/s,试验实测值值为割台损失率为1.01%,喂入量为8.48kg/s,拟合度较高。
  (5)拨禾轮液压调节系统设计。为了降低割台振动,减少落粒损失,优化割台传动结构,在田间试验的基础上进行拨禾轮液压调节系统设计,主要根据联合收割机割台拨禾轮工作条件进行了方案设计和仿真分析。根据拨禾轮工作条件确定其对液压系统精度的要求,提出所设计拨禾轮液压调节系统能够控制其执行元件液压缸和液压马达完成相应的功能、保持较高的同步精度和经济性实用性等设计要求。在满足设计要求的前提下设计了串联液压缸回路、分流集流阀回路和同步缸回路不同方案。通过对各方案对比分析可知,方案一串联液压缸回路系统结构简单,经济便捷,为了消除误差增加了补偿装置。然后对液压马达和液压泵主要参数进行计算选型,选择液压马达型号BMR50,选择液压泵型号为CBN-E320。为了验证其性能,判断方案是否满足设计要求,采用液压仿真软件AMESim对液压系统进行仿真分析,结果符合要求。
[硕士论文] 王鹏翔
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:灌溉试验是保障农业水资源合理开发、高效利用、优化配置及农业用水科学管理的一项基础性工作。灌溉试验成果在灌溉工程规划、设计及管理中发挥了重要作用。但各地节水灌溉试验布设方式不统一,研究结果的代表性、可比性差,因此科学合理地确定适宜试验小区规格,对于经济、高效的获取具有较高精度和代表性的试验数据具有重要意义。本研究以滴灌、地面灌冬小麦、地面灌夏玉米为研究对象,以提出灌溉试验小区适宜规格确定方法为目标,综合考虑土壤水分的空间分布、作物边行效应以及边际土壤水分入渗的影响,确定了试验小区适宜的布设方案。取得的主要结论如下:
  (1)确定了冬小麦、夏玉米典型灌溉方式下核心区适宜规格
  冬小麦地面灌,1水平、1重复下试验小区(用于确定作物蒸发蒸腾量、灌溉效益等,下同)适宜面积为60-80m2。2水平、处理间差异大于15%时,可布设为2重复,每重复40m2,或3重复,每重复20m2;处理间差异在10~15%时,可布设为2重复,每重复80m2,或3重复,每重复30m2。小区形状宜布设为沿水流推进方向,长宽比在5∶1~7∶1的长方形。
  冬小麦滴灌1水平、1重复下的试验小区适宜面积为60-80m2;2水平、处理间差异大于15%时,可布设为2重复,每重复80m2,或3重复,每重复40m2;处理间差异在10~15%时,可布设为2重复,每重复150m2,或3重复,每重复60m2。小区形状宣布设为沿滴灌带铺设方向,长宽比在4∶1~5∶1的长方形。
  夏玉米地面灌1水平、1重复下的试验小区适宜面积为70-90m2。2水平,处理间差异大于15%时,可布设为2重复,每重复70m2,或3重复,每重复30m2;处理间差异在10~15%时,可布设为2重复,每重复150m2,或3重复,每重复50m2。小区形状宣布设为沿水流推进方向,长宽比在5∶1~10∶1的长方形。
  水平数增加时对应试验小区面积可相应减小。
  (2)确定了豫北地区典型土壤冬小麦、夏玉米地面灌的侧渗范围
  冬小麦灌水后,垄内土壤水分侧渗发生在0-60cm土层,影响垄外60cm,地面下60cm内土壤。夏玉米灌水后,垄内土壤水分侧渗发生在20-60cm土层,影响垄外60cm,地面下60cm内土壤。因此,小区间距应大于60cm,或在田埂中心线垂直埋设60cm深隔水板避免处理间灌水侧渗影响。
  (3)分析了冬小麦和夏玉米的边际效应
  冬小麦、夏玉米株高、叶面积的边际效应主要作用于拔节期,影响范围均为边3行,产量的边际效应表现在边2行。
  (4)确定了豫北地区灌溉试验小区适宜规格
  以试验小区核心区规格为基础,综合考虑边际效应和土壤水分侧渗影响范围,确定适宜试验小区规格。冬小麦试验适宜小区规格为核心区对应规格加0.6m宽保护区。夏玉米适宜试验小区规格为核心区对应规格加1.8m宽保护区。
[博士论文] 王冰
作物土壤机械工程学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:花生是我国最具国际竞争力的优质优势油料作物。近几年,随着花生种植面积增长以及规模化生产发展,科研单位和企业分别研发了四行半喂入花生联合收获机、花生多行捡拾联合收获机等高效联合收获设备。摘果与筛选技术是四行半喂入花生联合收获机的关键技术,但目前摘果作业机理不明晰、筛选机构优化设计方法和依据不足制约了整机装备创新水平和作业质量的提升。针对上述问题,本文以本团队创制的四行半喂入花生联合收获机摘果和筛选关键机构为研究对象,从与花生机械收获息息相关的花生株系特性研究入手,选取我国花生主产区11个典型花生品种为研究对象,研究获取收获期花生株系基本信息、几何特性、含水率、机械和生物力学特性、结果特性等重要参数,应用Access建立可分类查询与统计分析的花生株系特性数据库;以上述重要特性测试数据为依据,建立荚果有限元模型、株系柔性体模型和摘果装置刚柔耦合多体动力学仿真模型,开展荚果碰撞有限元分析,研究不同碰撞速度时荚果的力学特征;开展不同参数条件下摘果作业动态仿真分析,重点分析花生荚果的受力和运动行为特性、“果-柄”和“柄-秧”的连接特性等;集成高速摄影测试系统,构建半喂入花生摘果试验台,研究在上述仿真工况下的果秧分离过程,获取荚果的运动轨迹、受力特点等,探明作业质量的产生和影响机理。与仿真和高速摄影试验相结合,以降低破碎率、未摘净率为目标,开展摘果辊长度、链辊夹角、双辊间距、叶片外缘线速度以及夹持输送速度的单因素试验和响应面试验研究,分析各因素对破碎率、未摘净率的影响效应获取摘果装置最优工作参数为摘果辊长度850mm,链辊夹角18°,双辊间距200mm,叶片外缘线速度4.8m/s,夹持输送速度1m/s。对优化后的半喂入摘果摘出物组分进行分析,针对振动筛作业时存在的荚果碰撞、弹跳和摩擦现象,开展荚果恢复系数和摩擦系数的正交和单因素试验,研究不同因素对荚果恢复系数的影响规律,测定荚果与不同材质间的摩擦系数;以此为基础,创新设计1种无阻滞搭接式弹指筛,开展与传统筛体的对比试验,在理论分析和单因素试验研究基础上,开展弹指筛振动频率、弹指直径、弹指筛振幅、安装倾角等因素响应面试验研究,分析各因素对含杂率、损失率的影响效应,获取弹指筛最优参数组合为振动频率6Hz、弹指直径3mm、弹指筛振幅7mm、安装倾角2.8°。上述研究成果为半喂入花生摘果和筛选技术研究提供了理论基础和新方法,将成果应用于四行半喂入花生联合收获机后,有效提高了装备作业指标。
[硕士论文] 娄尚易
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:小型油动植保无人直升机在航空作业过程中由于主要受到来自发动机的动力载荷激励,导致机身结构及相连施药关键部件喷杆结构产生振动响应,强烈的振动甚至会影响无人直升机的飞行姿态同时降低雾量分布均匀性,因此本文围绕发动机振动引起机架振动这一问题展开研究,分析得出了发动机的激励频率对整机振动的影响程度,从而找到引起机架振动的原因,在此基础上提出了解决机架振动问题的方案。
  本文主要采用有限元仿真分析与试验相结合的方法,针对机架有限元模型展开静力学分析、模态分析、模态试验及谐响应分析,对机架的动态特性有了深入系统的了解,找到了引起机架振动的原因,为解决小型油动植保无人直升机机架的振动问题提供了重要的依据,具有一定的理论意义和重要的实用价值。论文的主要研究内容及相关结论如下:
  (1)从理论上分析了结构动力学中振动特性研究的基本思路,结合小型油动植保无人直升机机架结构的构型特点,确立了机架结构振动特性的研究设计方法及实施方案。
  (2)分析研究了油动无人直升机系统组成及机架组成,基于ANSYS有限元分析平台,采用高阶单元进行机架结构离散,建立了一种切实有效的高质量机架有限元模型,开展机架模型在药箱、油箱满载作用下的线性静力分析,结果表明油箱支撑板与机架侧板连接点处应力值最大为15.248MPa,同时该处应变值最大,变形最大,建议在无人机设计时应注意满足药箱、油箱支撑板所需的强度和刚度,在此基础上尽量减少其质量,实现无人直升机的轻量化设计。
  (3)针对机架有限元模型进行自由模态分析,采用ANSYS Workbench程序自动控制类型模态求解器求解15~180Hz内固有频率,并提取前6阶非刚体模态振型云图,采用单点敲击、多点采集的模态测试技术提取机架结构实体的模态信息,通过模态相关性计算对比了数值模态与试验模态的相似度,结果显示试验模态与数值模态的模态频率差均小于10%,满足工程要求,振型的模态置信准则都大于0.8,符合工程参考要求,根据模态信息相关性准则判断,该机架结构有限元模型具有工程应用参考价值,最终获得可靠的机架有限元模型以及机架振动特性。
  (4)基于ANSYS有限元分析平台,采用模态叠加法对机架模型进行发动机简谐载荷激励下的谐响应分析,获得了喷杆连接点的振动谱,依据谐响应计算结果,对两喷杆连接点处振动影响最大的发动机激励频率为31Hz,通过模态分析可知31Hz为机架固有频率,因此可以确定由发动机受力不平衡导致机架振动的问题主要是由于31Hz左右的激励频率引起的。
  (5)依据模态分析与谐响应分析的结果,针对机架的振动提出两种解决方案:第一种是通过调节传动装置的传动比,令旋翼工作转速所需发动机转速避开共振频率对应转速,使得发动机的激励频率避开机架的固有频率;第二种是通过对机架结构的优化设计或者喷杆连接点处起落架的局部改变,使得喷杆连接点或机架整体固有频率避开发动机激励频率,以减少喷杆的振动,避免机架共振现象的发生。
[硕士论文] 王昕
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:秸秆还田是把不宜直接作饲料的秸秆(麦秸、玉米秸和水稻秸秆等)直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法。农业生产的过程也是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量,也需要不断补充能量,不断调节土壤中水、肥、气、热的含量。秸秆中含有大量的新鲜有机物料,在归还于农田之后,经过一段时间的腐解作用,就可以转化成有机质和速效养分。既改善土壤理化性状,也可供应一定的钾等养分。秸秆还田可促进农业节水、节成本、增产、增效,在环保和农业可持续发展中也应受到充分重视。
  按用途可将秸秆还田方式分为直接还田和间接还田两类。秸秆切碎抛撒还田作为秸秆直接还田的重要技术手段之一,其作业装置应当进行深入研究,并与国内现阶段使用的联合收割机相配套。本文将秸秆切碎抛撒技术分为秸秆切碎、颖糠抛撒、秸秆抛撒三个环节进行研究,设计了相应的作业装置,且每部分装置对应设计了调节机构,对其中关键部件利用ANSYS仿真软件进行疲劳分析,设计了一种手动、电动可调的撒布板水平双调节机构。通过台架试验和田间试验对本文设计装置的可行性、可靠性进行验证,通过试验数据分析,研究了秸秆切碎装置和秸秆抛撒板装置的实际作业效果。
  本文主要研究内容:(1)研究秸秆还田方式及国内外秸秆切碎抛撒技术研究现状;(2)研究秸秆切碎装置,对其进行整体结构设计,对动刀刀辊上关键部件进行疲劳寿命分析,研究动定刀间隙角度对秸秆切碎效果影响;(3)研究颖糠抛撒装置,对其进行整体结构设计,研究其抛撒轮距离地面高度的调节方式;(4)研究切碎后秸秆的撒布板装置,对其进行整体结构设计,研究其最优的撒布板排列方式,并对撒布板的对应调节机构进行研究设计;(5)通过台架试验和田间试验,研究所设计的秸秆切碎装置和切碎后秸秆抛撒装置的实际作业效果进行研究。
  本文主要研究成果:(1)研究了对国内外秸秆切碎抛撒技术和作业装置,分析了我国当前在相应配套作业机具上的不足之处,并总结了秸秆抛撒还田的发展趋势;(2)设计了一种动定刀结合的秸秆切碎装置并试制配套在联合收获机,通过ANSYS软件仿真、台架试验和田间试验验证了其作业可行性和稳定性,且提高了秸秆切碎合格率;(3)设计并试制了一种颖糠双抛撒轮机构,并配套在作业机具,实现了对筛板上残留物质的抛撒还田;(4)设计并试制了一种切碎后秸秆的撒布板装置,并针对其调节方式,设计了一种手动、电动可调的撒布板水平双调节机构,通过对该装置进行台架试验和联合收获机配套,验证了其工作可靠性,提高了秸秆抛撒还田质量。
[博士论文] 陈智芳
农业水土工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:灌溉管理智能化和灌溉决策智慧化是灌区信息化的核心,对于提高水资源利用效率,实现农业现代化,促进“乡村振兴”战略实施具有重要意义。要实现精准灌溉,快速准确地获取信息是基础,及时科学地灌溉决策是核心。本研究将信息融合技术引入到农田灌溉领域,以冬小麦为研究对象,开展了基于多源信息融合的灌溉决策方法研究。通过3a的田间试验和室内分析,分析了土壤水分、叶水势、冠层温度和气孔导度等灌溉决策指标的变化规律,构建了基于高光谱的土壤水分估算模型,确定了冬小麦不同生育期、不同土层土壤水分的权重系数,实现了土壤水分在点尺度和区域尺度的融合,构建了不同灌溉决策指标的隶属度函数,完成了多源灌溉决策信息在特征层和决策层的融合,解决了多源灌溉信息的融合难题。取得的主要成果如下:
  (1)系统分析了土壤水分、叶水势、冠层温度和气孔导度等灌溉决策指标的变化规律。采用留一交叉验证法,构建了基于NVI的土壤水分估算模型,经验证,所建模型的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE分别为16.73%和0.0478。利用通径分析方法,分析了叶水势、冠层温度和气孔导度与气象因素之间的关系,得出相对湿度对叶水势的影响作用最明显,饱和水汽压差对冠层温度和气孔导度的影响作用最明显。
  (2)实现了土壤水分在数据层的融合。采用自适应加权平均融合算法,确定了冬小麦不同生育期、不同土层土壤水分的权重系数,实现了土壤水分在点尺度的融合;利用贝叶斯最大熵方法,实现了三种不同来源土壤水分数据的融合,结果表明,采用BME3(取土+EC-5传感器+反演的土壤水分转换成的高斯分布概率软数据)进行融合,效果最好,完成了土壤水分在区域尺度的融合。
  (3)构建了灌溉决策指标的基本概率分配函数,实现了多源灌溉信息在特征层的融合。采用模糊推理理论,对各灌溉决策因子属性值进行了模糊化,采用三角形隶属度函数,得到了土壤水分、气孔导度、CWSI和叶水势四个指标的基本概率分配函数,构建了多个融合灌溉因子对灌溉决策的识别框架,为决策层融合提供基础参数。
  (4)对D-S证据理论进行了改进,实现了多源灌溉信息在决策层的融合。充分考虑灌溉决策的实际情况,对发生冲突的因子,引入距离函数,将平均距离代替冲突证据,解决了多源灌溉信息的融合问题及冲突因子的组合问题。利用实测数据对改进算法进行了验证,与经典D-S证据理论相比,采用本文提出的改进算法,灌溉决策的不确定性大大降低。
[硕士论文] 夏扩远
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:变速箱是车辆重要的组成部分,对于重型商用车、大型客车以及农业拖拉机等大功率车辆,一般采用以动力换挡系统为基础的组合式变速箱。采用动力换挡变速箱的优点是操纵轻便、简单、换挡快,能够提高车辆的综合使用性能。本课题的主要内容是基于大马力拖拉机配套用定轴4AT+6MT组合式变速箱,对其换挡过程中换挡品质进行分析研究。具体内容如下:
  (1)对本项目目标车型进行整体介绍,针对目标车型,形成定轴组合式传动系统的总体传动方案;
  (2)基于负载换挡变速器前、中、后箱体内部结构,分析了4D+4R动力换挡模块传递路线;
  (3)对目标车型进行受力分析,建立大马力拖拉机整车动力学模型,把拖拉机换挡过程两对离合器状态分为三种,分别对其进行建模,并提出了两对离合器三个状态相互转移的条件;
  (4)依据拖拉机整车动力学模型,基于Matlab/Simulink进行典型作业机组的建模与仿真分析;
  (5)提出了拖拉机换挡过程中的换挡品质和评价指标,分析了换挡品质的影响因素,提出对发动机进行反馈协调控制的方式以减小换挡过程中的速度损失,最后给出了换挡时间和换挡冲击的关系,在满足一定的换挡时间,以降低拖拉机冲击度为目标,提出了换挡控制策略;
  (6)设计实验台架,给出台架实验内容与步骤。
[硕士论文] 潘鑫
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:机械液压双流传动(Hydro-Mechanical Transmission,简称HMT)系统是由分动器将输入功率分为液压与机械方式传动后再实现汇流输出的混合传动系统。HMT系统兼具机械和液压传动优点,并且以液压泵作分动器的内分流HMT系统可以切断动力和功率流传递路径,实现离合器的功能。本文采用两套功率内分流HMT系统并联组成复合式功率内分流机械液压双流传动系统(Combined Hydro-Mechanical Transmission,简称CHMT),目的是利用单套HMT的离合器功能组合形成具有双离合器(Dual Clutch Transmission,简称DCT)性质的机械液压混动系统。该复合系统把使离合器严重磨损的传统双离合器换挡过程转化为对液压元器件损伤较小的压力、流量、排量调节过程。本文以CHMT系统代替某拖拉机变速箱动力换挡部分,对CHMT系统传动特性以及系统换挡过程进行研究,主要工作如下:
  (1)根据容积式泵作分动器的分流原理,设计内分流HMT系统结构,并且详细分析系统中各元件、零部件功能以及其实现过程,通过计算系统中分动器、液压马达的输入、输出与分动器排量、液压马达排量的关系,得到系统的输入与输出的转速、转矩传递关系以及功率传递效率,分析HMT系统工作过程。
  (2)以HMT为基础,设计CHMT结构,分别计算各挡HMT系统的转速比、转矩比、传动效率以及液压功率占比,根据替换的某动力换挡变速箱参数以及发动机参数确定CHMT系统中分动器、马达的压力、排量以及各对齿轮传动比
  (3)提出换挡策略,计算分析该换挡策略在换挡过程中系统输出参数的变化,并且分析使换挡过程系统输出无变化对发动机输出的调节。
  (4)基于simulink平台,建立换挡过程整车数学模型,验证所提出的换挡策略在换挡过程中系统输出的变化。
  (5)设计内分流式CHMT系统实验装置,绘制实验装置装配图,设计实验台架总体布置,简单设计实验内容。
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