水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为:干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率(electrical conductance,EC)值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1 092.04和1 263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。

JP80/300型智能卷盘式喷灌机研究

节水灌溉装备是实现农业高效节水利用的有效保障,是解决农业节水灌溉规模化和集约化高效作业的根本途径。我国传统的节水灌溉设备存在装备技术水平低、灌溉效率及质量低、水资源利用率低、作业能耗高损失大以及影响作物生长等问题,严重制约我国农业灌溉技术装备的发展。该文针对上述问题在如何提高卷盘式喷灌机水涡轮工作效率、喷头车速度感知控制精度以及提升传动效率和灌溉质量等方面入手,设计一种适合大田灌溉使用具有高适应性、高效率、低损耗的新型智能卷盘式喷灌机,对于提高我国卷盘式灌溉设备的整机智能化技术水平起到积极的促进作用。

中心支轴式喷灌系统在水利工程中的应用分析

文章以山东省邹城市农业水利工程为例,介绍了该工程的基本情况,结合多种灌溉技术方案的对比,最终确定了中心支轴式喷灌系统,并对该高效节水灌溉系统进行了设计,随后以此为基础,对该系统的应用效果进行验证。通过验证可知,相对传统灌溉技术,中心支轴式喷灌系统可节约用水量11%以上,可将其推广到现代农业水利工程领域,以供参考和借鉴。

SCR烟气脱硝模型反馈预测在自动喷灌机上的应用

为了提高喷灌机的自动化水平,考虑主水管压力、环境风力和湿度等条件,将SCR烟气脱硝多模型反馈预测方案引入到了自动喷灌机控制系统的设计上。为了提高控制系统的精度,在PID控制参数的调节上引入了模糊遗传算法,提高了系统的自适应能力。对基于SCR烟气脱硝多模型反馈预测的自动喷灌机控制系统进行了测试,结果表明:采用模型后喷灌系统的误差有了明显的降低,对于提高自动喷灌系统的性能具有重要的借鉴意义。

移动滴灌系统土壤水分入渗试验与数值模拟

为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤水分入渗规律对于设计节水高效的灌溉系统具有重要意义。为确定移动滴灌管灌水后的土壤湿润体形状及土壤水分分布情况,该研究搭建了移动滴灌试验装置,设置30、40与50 mm 3种灌水深度进行移动滴灌土箱试验,同时利用HYDRUS-2D建立移动滴灌条件下的土壤水分运动数值模型。模拟与实测结果对比表明,所构建模型能较准确地反映移动滴灌的土壤水分运动规律,土壤剖面中的水分运动均遵循面源入渗模式,灌水后48 h土壤剖面含水率模拟值的标准均方根误差低于20%,各测点处含水率变化过程模拟的标准均方根误差值总体低于25%。利用所建模型分析了砂壤土、壤土与粉壤土3种不同的土壤质地,20、30与40mm3种不同的灌水深度以及0.050、0.075、0.100、0.125与0.150 cm3/cm35种不同的土壤初始含水率对移动滴灌条件下土壤水分入渗规律的影响。结果表明土壤质地对湿润峰运移距离与湿润体形状的影响较大,土壤砂性越强,湿润体横截面积越大,可以适应更大的滴灌管安装间距;对于供试砂壤土而言,增大灌水深度与土壤初始含水率,均可以提高湿润峰运移距离和灌水均匀性,但会加大深层渗漏风险。该研究结果对于大型喷灌机的移动滴灌系统设计运行具有重要参考价值。

中国农业节水喷微灌装备研究进展及发展趋势

喷灌装备还存在大型喷灌机单井水量不足、中小型喷灌机智能化程度不高、整机效率低、工况适应性较差、系列化程度不足等方面的问题,微灌灌水器不同水质下的抗堵性能还需进一步加强,微灌水肥一体化系统智能决策的精准算法、实用性和可靠性有待提高.对“十三五”以来在中国喷微灌装备研发方面取得的新进展进行综述,重点阐述了中小型喷灌装备、滴灌设备、水肥一体化设备等新技术及新产品的研究进展.针对中国灌溉装备节能节水化、智能化、区域模式化及标准化的发展趋势,提出了灌溉装备的优先发展方向主要有:灌溉装备节能降耗关键技术研究、丘陵山区农业灌溉装备与技术模式、盐碱地灌排控盐技术与装备、水肥药一体化及绿色防控技术与装备、智能化精确灌溉装备、绿色多源互补模式和非常规水资源节水灌溉装备.

大型喷灌机变量灌溉技术研究进展

变量灌溉具有借助变量灌水方法、定位方法和控制系统在田块内改变灌水深度,应对特定的土壤、作物和其他条件的能力,是解决大型喷灌机较大单机控制面积内土壤、作物空间变异问题,提高灌溉水利用效率,充分挖掘整个田块作物生产潜力的水分管理方法。由于变量灌溉技术研究起步较晚,中国的研究刚处于起步阶段,尚缺乏成熟的变量灌溉管理理论与技术。该文在系统总结国内外研究成果的基础上,从变量灌溉内涵、大型喷灌机变量灌溉系统构建、变量灌溉管理分区、决策支持系统以及变量灌溉效益5个方面分析了大型喷灌机变量灌溉技术研究进展。结果表明,目前关于大型喷灌机变量灌溉系统组成方法的理论研究相对比较成熟,其主要由变量供水装置、定位系统、控制系统三部分组成,大型喷灌机变量灌溉系统软硬件开发尚存在较大的发展空间。基于作物生长指标的变量灌溉动态处方图、将变量灌溉技术与非充分灌溉原理相结合的水分管理决策方法,以及利用变量灌溉施肥系统进行喷灌水肥一体化研究,代表着集约化农田大型喷灌机水肥精准管理的重要发展方向。该文可为提高大型喷灌机水分管理水平,实现精准灌溉提供参考。

中国喷灌机现状与发展思考

基于水利统计数据,分析了近10 a中国节水灌溉应用分布,发现东北以喷灌为主,西北以微灌为主,华北以低压管灌为主,华东以渠道灌溉为主,具有明显的区域特征,节水灌溉仍有50%发展空间,喷灌技术占比与欧美国家相比仍然偏低.总结回顾了中国喷灌机发展历程、研究进展和发展趋势.从国家政策引导、智慧农业发展、农业种植结构变化和盐碱地耕地改造4个方面,分析了在资源环境约束挑战下中国喷灌机的发展机遇.阐明了喷灌的优势和不可替代作用,指出随着中国高标准农田建设及农业规模化经营稳步推进,喷灌机性能及功能不断增强,使以往喷灌的局限性逐步转变成发展优势.最后从补齐农业全程机械化短板、水肥药一体化作业新模式和无人化智能化方面展望了中国喷灌机未来发展前景.

对内蒙古推广使用大型喷灌机的思考

农业适度规模经营已成为我国现代农业建设的战略方向,农业规模化、集约化、规范化生产为大型农机具发展创造了广阔的市场空间。目前我国大型喷灌机正处于快速发展时期,在西部大开发、保障粮食安全、生态安全及实现水资源可持续发展中占有重要地位。通过对内蒙古自治区在马铃薯生产中推广使用大型喷灌机的实地调查,分析了近期我国大型喷灌机市场需求量激增的主因,预测了未来几年国内市场发展需求;从规划设计、技术培训、设备选配及适应性等方面剖析了大型喷灌机推广应用中存在的问题,提出了推广发展大型喷灌机的几点建议。

变量技术在精准灌溉上的应用

本文通过对精准灌溉系统基本概念的论述 ,提出变量技术是精准灌溉的技术关键。阐述了变量技术与设备在圆形和平移式喷灌机上的应用 。

滚移式喷灌机关键部件的设计与试验

针对节水灌溉技术中存在自主研发能力弱、技术性能低、设备可靠性差、经济成本过高等问题,设计研制出一种节省材料、降低油耗、工作可靠、喷灌均匀度高的滚移式喷灌机.根据输水支管受力特点,通过Matlab对支管壁厚进行优化设计,优化出3种不同壁厚的输水支管,不仅能够节省材料,降低油耗,还能增加机组爬坡能力.对滚移式喷灌机的自动泄水阀进行了结构设计,计算并确定结构参数,利用ANSYS CFX进行模拟仿真试验.田间性能试验结果表明,该滚移式喷灌机各项指标都满足要求,喷灌机向前移动时支管产生的最大挠度为2.7 m,喷灌均匀度为92.45%,喷灌强度为12.59 mm/h.该研究为滚移式喷灌机的进一步发展提供了参考.

喷滴灌两用轻小型机组设计及能耗分析

为丰富我国灌溉机组的灌溉模式,针对喷、滴灌系统各自的优缺点,在此基础上设计了喷滴灌两用机组的初步构成型式。该系统首部与管道的连接采用快速拆装结构,可根据不同作物或不同地形的需求自如地进行喷、滴灌两种灌溉方式的转换,并可实现两种运行工况。最后采用优化算法并进行优化配置,对该机组的能耗进行了分析,当机组在两个工况下运行时,与单一(额定)工况相比,能耗降低了17.9%。与常规单一灌溉机组相比,该系统可实现灌区的轮作及倒茬,减少土壤盐渍化,起到保护土壤的作用。同时,该灌溉机组拓展了轻小机组适应功能,有利于提高我国的农业装备技术水平,是一种值得推广的灌溉模式。

滚移式喷灌机喷头优选及水力性能优化

为解决滚移式喷灌机水力性能差的问题,拟通过单喷头试验、模拟计算和比较分析,选择出适合于滚移式喷灌机的喷头,从根本上改善机组的水力性能。同时对影响滚移式喷灌机水力性能的结构与工作参数进行优化试验,采用二次回归正交旋转中心组合优化试验方法,以喷头工作压力、喷头间距、喷洒间距为影响因素,喷灌均匀系数和喷灌强度为评价指标,得到模型回归方程。在评价指标满足设计要求的条件下获得该机组工作效率较高的参数组合:喷头工作压力0.4 MPa,喷头间距10 m,喷洒间距18 m,此时滚移式喷灌机喷灌均匀系数为0.91,喷灌强度为10.43 mm/h,喷灌效果较好。与现存的12 m?12 m的滚移式喷灌机相比,喷灌单位面积土地需要移动机组的次数减少了33.3%,工作效率大幅度提高,且减少劳动力。研究可为滚移式喷灌机的进一步发展提供参考,也可为其他喷灌设备中摇臂式喷头的选型提供理论依据。

轻小型喷滴灌两用机组管路的优化配置及性能试验

为解决现有机组配置不尽合理、能耗高的问题，设计研发一种轻小型喷滴灌两用机组，可实现喷灌和滴灌2种灌水方式。机组采用喷滴灌双工况泵50ZB．25C，配置灌水器为双喷嘴摇臂式喷头15PY2及额定流量为2．7L／h的内镶式滴灌管。采用理论计算与试验验证相结合的方法，对机组运行参数及田间水量分布特性进行了分析。在理论分析中，应用遗传算法，以低能耗、高效率为目标进行管路的优化配置并计算机组运行参数，确定机组配置7个15PY2喷头及34条滴灌管时为最佳配置，与单一（额定）工况相比，能耗降低9．4％。在最佳配置下进行室外试验，结果表明，机组运行参数试验值与理论计算值相吻合，相对误差仅为1．08％-2．40％，主要受风速及地形坡度影响。机组喷灌均匀系数可达80．0％，滴灌均匀系数达93．6％，均高于国家标准，机组性能优越。

基于ANSYS的轻小型移动式喷灌机组桁架杆件优化研究

基于ANSYS软件构建了轻小型移动式喷灌机的桁架有限元模型,并对其进行了静力学分析。在此基础上利用APDL语言进行优化编程与计算,完成以桁架结构轻量化为主要目的的优化设计。结果表明:以ANSYS软件为分析手段进行参数化建模可以提高设计效率;对轻小型移动式喷灌机的桁架主梁进行基于APDL语言的优化设计,在结构性能和降低材料成本等方面可获得较大的经济效益,为轻小型移动式喷灌机的生产提供了参考依据。

低压可调幅式喷灌机研制

通过分析国内喷灌发展中存在的问题,介绍了一种新型低压可调幅式喷灌机。该机型采用可升降的伸缩式桁架,实现喷幅可按地块的大小任意调节,喷灌机桁架高度可按作物高度进行升降,最大限度地减少了喷灌的漂移损失,节约了灌溉用水;配套的低压喷头,降低了系统工作压力,降低喷灌能耗。低压可调幅式喷灌机既可作为新开发地区的喷灌机型,也可与低压管道输水或渠道灌溉相结合,变低压管道输水或渠道灌溉为喷灌,提高了喷灌水源的灵活性。

中国轻小型喷灌机组现状及发展建议

为了提高中国轻小型喷灌机组的技术水平,全面分析中国轻小型喷灌机组的研究现状和未来的发展趋势.轻小型喷灌机组是中国应用比较广泛的一种喷灌机具,在农田灌溉、排涝抗旱及生态环境建设等方面发挥着较为重要的作用.经过40多年的发展,中国的轻小型喷灌机组已经具有多种机组型式,可满足各种地形条件、投资水平及劳动力状况等不同场合应用.目前国产机组的水力性能较好,部分配套件质量达到或超过国外同类产品水平,但产品的可靠性、使用寿命和外观等与国外产品仍存在较大差距.中国农业生产力水平和经济发展状况决定了在未来较长时间内,轻小型喷灌机组在节水灌溉设备行业仍有较高的市场份额.因此,国家应加大扶持力度,支持开展轻小型喷灌机组配套模式、机械化技术、低能耗技术和使用可靠性的开发研究,进一步提高轻小型喷灌机组的技术水平.

轻小型喷灌机组能耗分析与多元回归模型

为了研究配置参数对轻小型喷灌机组能耗的影响,在基于遗传算法的喷灌机组能耗计算模型基础上,以机组4.4CP-45为例,采用四因素三水平考虑交互作用的正交设计,就管道管径、喷头间距、喷头数、喷头工作压力及其交互作用对机组单位能耗的影响进行了对比分析,在此基础上建立了机组能耗的多元回归模型.研究结果表明,喷头工作压力对能耗的影响最显著,其次为管道管径,喷头数的影响也很明显,喷头间距对能耗的影响体现在与其他参数的交互作用中.4组主要的交互作用因素中,喷头间距与喷头数的作用最敏感,其后依次为管径与喷头数、喷头间距与管径、喷头间距与喷头工作压力,因而在机组配置参数的选择中,参数间交互作用不可忽略.经综合比较,机组配置参数最优组合方式为喷头间距为15 m、管径为80 mm、喷头数9个、管道末端喷头工作压力为0.25 MPa,此时机组单位能耗为4.53 kW·h/(mm·hm2),比优化前降低了22.6%,比只考虑单因素作用得到的最优组合方式降低了1.0%,且配置参数的选择更能为用户所接受.机组能耗多元回归模型复相关系数达0.88,确定性系数为0.774,比较可靠,能为喷灌工程设计及性能评价提供一定的借鉴作用.

基于虚拟样机的桁架式喷洒车稳定性动力学仿真

为了提高卷盘式喷灌机桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力,克服喷洒车试验周期长、成本高、试验优化能力受限制的缺点,采用虚拟样机软件ADAMS建立JP75型喷灌机桁架式喷洒车的动力学参数化仿真模型,对喷洒车的纵向、横向抗倾覆性以及爬坡能力进行了仿真。分析了不同坡度角工况下影响桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力的几种关键因素,采用二分法控制仿真坡度角的变化,对各因素的影响程度进行了仿真试验研究,提高了仿真速度。通过对影响爬坡和倾覆性能较大的地面粘附系数、质心高度、轮距等关键因素进行优化,使临界爬坡角比现有喷洒车提高了21.48%。优化后新机型的试验运行结果表明,在同样坡度工况下新机型倾覆次数明显减少,能够达到的最大爬坡角得到提高,仿真优化取得明显效果。

大型喷灌机在河南地区的应用与推广前景分析

高效节水灌溉在我国正处在高速发展时期。大型喷灌机灌溉技术是现代化农业灌溉的一种模式,在我国各地的推广速度越来越快。通过对大型喷灌机技术在西北、东北及内蒙古地区推广应用进程进行分析,提出了大型喷灌机在河南地区应用推广面临的机遇和挑战,对河南地区逐步引入大型喷灌技术面临的问题以及解决方法进行了初步探讨。