秸秆还田方式对种床土壤物理性质和小麦生长的影响

华北平原一年两熟区粮食产量高、秸秆量大,玉米收获后播种小麦时需要对秸秆进行适宜的处理。为解决此问题,本文于2016—2018年在河北涿州试验站开展田间定位试验,研究了不同玉米秸秆还田与种床位置关系对种床土壤含水率、地温、水稳性团聚体含量、冬小麦出苗率及产量的影响。试验共设置4个处理：秸秆混埋（SM）、少量秸秆混埋（HSM）、秸秆覆盖（SC）和秸秆不还田（CK）。试验结果表明,相较于秸秆不还田对照组CK,秸秆还田可以提高0~30cm种床土壤含水率,效果由大到小依次为：SC、HSM、SM;显著增加水稳性大团聚体（>0.25mm）含量,SM、HSM、SC分别提高6.3、4.9、4.8个百分点;对地温变化呈现出“缓解效应”,其效果从大到小依次为SC、SM、HSM,导致越冬期土壤回暖变慢;增加冬小麦出苗率,HSM、SC、SM平均增加40.1%、34.1%、14.8%,且HSM在第1年显著高于SM;提高产量,SC、HSM、SM平均增产17.2%、10.9%、2.9%,且第1年SM产量显著低于SC。本研究结果表明,秸秆还田对地温有负面影响,但可以增加土壤水分,改善土壤结构,因此最终提高了小麦产量;3种秸秆还田处理中,由于秸秆混埋（SM）使土壤含水率、出苗率、产量均最低,且对地温影响较大,因此优先推荐秸秆覆盖（SC）和少量秸秆混埋（HSM）。     

垄台修复中耕施肥机的设计

针对东北垄作区保护性耕作由于缺乏相应的玉米中耕机具,出现秸秆覆盖地无法中耕的问题,设计了垄台修复中耕施肥机.该机利用旋耕碎秆装置在垄沟旋转作业,进行碎秆、除草,并将旋起的土分散在垄沟两侧,同时地轮驱动施肥,垄台修复轮进行镇压修垄、盖肥.田间试验结果表明,该机器防堵性能好,垄台修复和施肥效果均达到设计要求,符合东北垄作区秸秆覆盖地的使用要求.     

基于机器视觉和北斗定位的小麦变量喷雾系统研究

针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题,以生长前期的小麦为研究对象,设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取,研究了速度、植株密度对喷雾的影响,提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内,通过机器视觉处理实现变量喷雾,试验结果表明,相同机组速度下,植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%;相同植株密度下机组前进速度0.75 m/s相对1.50 m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下,可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度,进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭,试验结果表明,在行驶速度为0.50 m/s时准确度最高,区域边界行驶超出量误差平均值为48.72 cm;为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响,使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验,试验结果表明,驶入目标区域超出量误差平均值为7.20 cm。     

固定垄保护性耕作条件下松垄割刀性能对比分析

在固定垄保护性耕作体系下,针对宽垄沟灌条件下水分渗透难的问题,基于土壤力学接触模型,设计了平刀、缺口刀和V形刀3种松垄割刀。利用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,施加载荷数值来自于纯剪切与两面楔模型对3种割刀受力进行分析计算,得出割刀的应力分布图和变形云图。结果显示,3种割刀设计强度均满足要求,变形较小。结合层次分析法与功效系数法,以割刀理论受力、作业油耗、土壤体积含水率增量为评价指标,确定使用V形松垄割刀作业的综合效益最高。     

驱动圆盘玉米垄作免耕播种机设计与试验

针对东北垄作区免耕播种玉米时存在机具堵塞严重、条带旋耕功耗大、垄上作业稳定性差等问题,设计了驱动圆盘玉米垄作免耕播种机,提出了驱动圆盘破茬、限深轮稳定装置为一体的破茬开沟稳定机构,对本装置的关键参数进行了设计.田间试验结果表明,驱动圆盘玉米垄作免耕播种机通过性能好,破茬能力强.机具破茬深度约为87 mm,种肥间距稳定在48 mm时能够满足播种要求,播种施肥开沟器在主动圆盘开出的沟槽中进行二次开沟,减少了土壤扰动和动力消耗.与条带旋耕毛米垄作免耕播种机相比,油耗降低8.5%,地表动土量减少约50%.     

9K-34型秸秆饲料压块机的试验研究

目前,玉米秸秆在我国存在产量大、利用率低的问题。为了改变传统玉米秸秆利用方式,进行了本项研究。试验通过机械化作业,完成玉米秸秆的粉碎、压块过程,以满足喂养牲畜的要求。使用压块后的秸秆饲料可提高肉、奶牛的出肉率和产奶量;经过压块后的秸秆,减少了秸秆占用空间,延长饲料的贮藏时间,增加牲畜的采食率。试验表明,秸秆压块后不但提高了秸秆的利用率,农民收益也有相应增加,形成了经济良性循环。     

螺旋切分式种带清理装置设计与试验

针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题,本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析,确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数,并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型,以种带清秸率为试验指标,以前进速度、转速和螺距为试验因素,进行了二次回归组合仿真试验,建立了种带清秸率的回归模型,结果表明,前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01),其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解,得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm,最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验,试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点,基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。     

基于PID算法的高频间歇供肥系统设计与试验

在液态肥寻种对靶点施系统中,液态肥需满足在高频间歇喷施时压力波动较小且在间歇喷射频率发生变化时仍能保证压力稳定的要求,为此设计了基于PID算法的高频间歇供肥系统。设计了供肥系统硬件电路和软件程序,对管路压力进行采集与控制,并设计了可方便设置作业参数和显示实时作业状况的人机交互界面。采用临界比例度法对PID算法进行参数整定,经实际试验调整后确定PID算法的比例系数、积分系数和微分系数分别为4、0.079和0.012,对采用和不采用PID算法的供肥系统压力变化情况进行了对比试验,结果表明,采用PID算法的供肥系统压力更加稳定。为评价基于PID算法的供肥系统在不同作业速度和压力设定值下的压力稳定性能,选取管路压力的最大误差、平均误差和标准差为试验指标,进行了台架试验。结果表明,供肥系统压力的最大误差、平均误差和标准差分别不大于6.49%、1.54%和0.40MPa,满足液态肥寻种对靶点施系统对于管路压力稳定性的要求。     

气力集排式排肥系统结构优化与试验

针对气力集排式排肥系统与分层深施肥铲配合作业时,进肥口处肥料落入不顺畅以及排肥口处气流速度过大导致肥料弹跳和地表扬尘等问题,该研究通过分析排肥系统各部件结构参数与工作参数之间的关系,对排肥系统进行结构优化,并设计了一种气-肥分离装置,将部分输送气流提前从排肥系统排出,从而降低排肥口处的气流速度,提高进肥口的进料稳定性。通过理论分析和参数计算,确定了排肥系统各组成部件的结构和基本工作参数,分析确定了影响排肥口和进肥口处气流速度的主要因素,并以排肥口和进肥口处的气流速度为试验指标,以气-肥分离装置的排气口面积、排肥系统入口气流速度和施肥速率为试验因素,进行二次正交旋转组合台架试验,建立了试验指标与各影响因素的数学回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到气-肥分离装置排气口面积为798.0mm~2。排肥系统入口气流速度为28.10 m/s,施肥速率为0.28 kg/s时,排肥系统排肥口气流速度为5.91 m/s,进肥口气流速度为3.94 m/s,以得到的优化参数进行试验验证,测得排肥系统排肥口气流速度为6.02 m/s,进肥口气流速度为4.11 m/s,排肥系统进肥口肥料落入顺畅,工作稳定。     

可调节式秸秆粉碎抛撒还田机设计与试验

针对秸秆粉碎还田机粉碎后的秸秆抛撒均匀度差和幅宽不可调节等问题,设计了一种可调节式秸秆粉碎抛撒还田机。该机主要由曲面机壳、粉碎装置、抛撒装置和传动装置等组成,可以实现玉米、小麦秸秆的粉碎和粉碎后秸秆的抛撒还田。曲面机壳包括对数螺旋线型前壳体、左侧板、右侧板和后挡板等。Fluent仿真分析结果表明,曲面机壳相比传统折线型机壳有利于提高秸秆在机壳内的流动性。粉碎装置包括粉碎刀轴、组合甩刀、定刀等,其中粉碎刀轴两端装有扇形叶片,提高了曲面机壳内流体流动速度和曲面机壳入口处秸秆喂入性能。在曲面机壳出口处增加了装有导向叶片的导流板,并设计了一种同步调节所有导向叶片的导向叶片同步调节装置,实现了粉碎后秸秆抛撒幅宽、均匀度的可调节。田间试验表明,在拖拉机前进速度为1.8 m/s,秸秆平均含水率为78.4%,拖拉机动力输出轴转速为540 r/min的未收获玉米地里,秸秆粉碎长度合格率达90.01%,平均抛撒幅宽达2 223.3 mm,平均留茬高度为62.0 mm,抛撒不均匀度为22.95%,各项性能指标均满足要求。