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基于SPH法的板结土壤深耕技术研究

基于SPH法的板结土壤深耕技术研究

作者：李良晶浙江工业大学

学位级别：硕士

耕作是农业文明的象征,也是耗能最多的田间作业。不断改进耕作机具和关键部件以利于精耕细作和节省能耗,历来是农民和业界追求的目标。但由于中国南方山区丘陵地带特别是茶园土壤,目前受原始土质条件限制,其土壤耕作环境恶劣,劳动强度大... 详细信息

耕作是农业文明的象征,也是耗能最多的田间作业。不断改进耕作机具和关键部件以利于精耕细作和节省能耗,历来是农民和业界追求的目标。但由于中国南方山区丘陵地带特别是茶园土壤,目前受原始土质条件限制,其土壤耕作环境恶劣,劳动强度大,严重影响山区丘陵地带的农业发展,因此需要开发和研制具有切土扭矩小,耕深大,操作平稳的作业机械。为降低板结土壤深松机具的作业功耗,提出了反旋凿切与正旋深耕相结合的小型作业机的耕作机具的设想。针对板结土壤,本文采用有限元法着重分析了适合实际所需的正旋旋耕刀,研究的内容主要包括以下几个部分: 1、结合机械土壤动力学和土壤耕作机械理论的知识,以及实际所需,设计出正旋旋耕刀,并分析正旋旋耕的运动过程。 2、结合LS-DYNA的MAT147材料模型,建立了南方丘陵地带土壤的材料模型参数及土壤高速切削有限元数值仿真模型。采用ANSYS11.0/LS-DYNA软件,利用SPH法对正旋旋耕刀切削土壤过程进行了三维数值模拟。 3、通过SPH法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况及数据,结合反旋凿切的仿真数据,进行刀具的分析和匹配,并设计相应的相位角。利用SPH法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况,结合反旋凿切的仿真数据,进行刀具的匹配并设计相应的相位角,使反旋凿切刀和正旋旋耕刀相互抵消各自的作用力,降低能耗,提高工作效率,从而开发出适合于在板结土壤上进行耕作的小型作业机。本研究方案所得数据和分析过程对于小型作业机的开发设计具有重要意义。

关键词：板结土壤正旋旋耕相位角小型作业机

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内蒙古河套灌区板结土壤改良效果研究

中国农机化学报 2017年第12期38卷 68-73页

作者：马弘跃崔红梅闫建国王利娟蔺相东内蒙古农业大学机电工程学院新疆呼和浩特010018

针对内蒙古河套灌区农田过渡依赖化肥和除草剂,残留地膜清理不彻底,土壤板结速度急剧增加,板结程度十分严重,使得土壤有机质含量和含水量较低,作物产量逐年下降等实际问题,采用炭化秸秆覆盖后旋耕+地表覆盖、地表覆盖炭化秸秆、不施撒... 详细信息

针对内蒙古河套灌区农田过渡依赖化肥和除草剂,残留地膜清理不彻底,土壤板结速度急剧增加,板结程度十分严重,使得土壤有机质含量和含水量较低,作物产量逐年下降等实际问题,采用炭化秸秆覆盖后旋耕+地表覆盖、地表覆盖炭化秸秆、不施撒炭化秸秆三种模式开展板结土壤改良试验研究。对秋翻前、冻融期和幼苗期农田不同土层进行土壤紧实度、容重和有机质测试,研究结果发现引入机械旋耕将炭化秸秆还田可有效降低浅层耕作板结土壤的紧实度和容重,并提升其有机质含量。

关键词：旋耕土壤紧实度土壤容重板结土壤炭化秸秆

施鸡粪对板结土壤理化性质及巨峰葡萄荧光特性的影响

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黑龙江农业科学 2014年第2期 41-44页

作者：林则双张志东吴林李亚东刘洪章王连君吉林农业大学园艺学院吉林长春130118

土壤板结的葡萄园树势较弱,结果能力较差,为了使巨峰葡萄正常生长结果,对八年生巨峰葡萄园秋施腐熟鸡粪,研究了不同施用量对土壤理化性状和葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响。结果表明:施入鸡粪进行土壤改良后,板结土壤葡萄园的土壤理化性... 详细信息

土壤板结的葡萄园树势较弱,结果能力较差,为了使巨峰葡萄正常生长结果,对八年生巨峰葡萄园秋施腐熟鸡粪,研究了不同施用量对土壤理化性状和葡萄叶片叶绿素荧光参数的影响。结果表明:施入鸡粪进行土壤改良后,板结土壤葡萄园的土壤理化性质和肥力产生了较大的有益改变;原初光能转换效率(Fv/Fm)为处理J3(90m3·hm-2)>J2(60m3·hm-2)>J1(30m3·hm-2)>CK(0);PI为处理J2>J3>J1>CK,3个处理变化趋势相同,都随着强光、高温的出现表现出不同程度的光抑制;单位反应中心所捕获的能量(TRo/RC)表现为处理J2>J1>J3>CK,且TRo/RC的日变化从早上开始随着温度和光强的增加而不断增大;电子传递的能量(ETo/RC)大小与施肥量呈正相关,随着施肥量增加光合电子传递的能力增强。单位反应中心耗散能量(DIo/RC)表现为CK>J3>J1>J2。研究得出,在土壤板结的巨峰葡萄园适宜施肥量为60m3·hm-2。

关键词：鸡粪葡萄园板结土壤理化性质荧光特性巨峰葡萄

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基于SPH法的板结土壤深耕技术研究

机电工程 2010年第9期27卷 1-5,52页

作者：张宪李良晶孔涛浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310014

为解决板结土壤的耕作问题,提出了用于小型作业机的反旋凿切和正旋旋耕相结合的耕作机具。利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况,结合反旋凿切的仿真数据,进行... 详细信息

为解决板结土壤的耕作问题,提出了用于小型作业机的反旋凿切和正旋旋耕相结合的耕作机具。利用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对正旋旋耕土壤过程进行了三维数值模拟,从而得出不同参数下旋耕刀具的受力情况,结合反旋凿切的仿真数据,进行刀具的匹配并设计相应的相位角,使反旋凿切刀和正旋旋耕刀相互抵消各自的作用力,降低能耗,提高工作效率,从而开发出适合在板结土壤上进行耕作的小型作业机。本研究方案所得数据和分析过程对于小型作业机的开发设计具有重要意义。

关键词：板结土壤正旋旋耕相位角小型作业机光滑粒子流体动力学

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紫叶矮樱黄化焦枯症黏重土壤模拟试验

甘肃林业科技 2023年第2期48卷 28-30,12页

作者：闫永琴魏玲刘玥王庆玲关玉琴秦新惠刘成军欧阳文主高荣娟师鹏麒白银市园林管理局甘肃白银730900 国家林业和草原局西北调查规划院陕西西安710000 酒泉职业技术学院甘肃酒泉735000 白银市旺景和园林公司甘肃白银730900

园林养护实践发现,白银区部分地段土壤质地黏重,紫叶矮樱扦插苗栽植后黄化焦枯症状严重。盆栽试验、大田试验、渗水试验表明,黏重土壤干旱叠加板结效应,会引发紫叶矮樱扦插植株严重黄化焦枯,甚至致死。

关键词：紫叶矮樱黄化焦枯死亡板结土壤嫁接苗

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地膜覆土清理装置的设计

农机化研究 2022年第5期44卷 57-62页

作者：孙宇鸿任震宇毕文博隆金宏何培祥西南大学工程技术学院重庆400716 绵阳职业技术学院四川绵阳621000

在地膜回收作业时,因覆盖在地膜上的土壤板结造成揭膜困难,需要对地膜上的覆土进行清理。为此,采用图像识别的方法,设计了一种地膜覆土清理装置。装置运行时,单目摄像头在畸变校正处理后进行膜土的图像采集,经过Arduino Due单片机对采... 详细信息

在地膜回收作业时,因覆盖在地膜上的土壤板结造成揭膜困难,需要对地膜上的覆土进行清理。为此,采用图像识别的方法,设计了一种地膜覆土清理装置。装置运行时,单目摄像头在畸变校正处理后进行膜土的图像采集,经过Arduino Due单片机对采集的图像进行K-means二值化处理方式进行图像分割,并识别和提取出边膜轮廓图像;主控制器结合处理后的图像信息对电机进行控制,带动刨土铲切土刨土,完成对覆盖在地膜上的板结土壤的清理工作。试验结果表明:装置的平均识膜率不低于95%,伤膜率不高于3%,平均覆土清除率达到80%。

关键词：地膜板结土壤图像分割识膜清土单片机

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盐碱地中溶磷真菌的筛选及培养条件优化

吉林农业大学学报 2016年第2期38卷 169-174页

作者：张建峰苗天瑶张洁婧周奇杨玲陈光吉林农业大学生命科学学院

为缓解板结土壤中由于不溶性磷酸盐的积累过多对土壤造成的板结问题,从东北长期板结土壤中筛选出多株具有溶磷能力的溶磷真菌。通过解磷圈测量及钼蓝比色法对分别以磷酸钙、磷酸铝及磷酸铁为主的培养物中可溶性磷含量进行测定,获得了1... 详细信息

为缓解板结土壤中由于不溶性磷酸盐的积累过多对土壤造成的板结问题,从东北长期板结土壤中筛选出多株具有溶磷能力的溶磷真菌。通过解磷圈测量及钼蓝比色法对分别以磷酸钙、磷酸铝及磷酸铁为主的培养物中可溶性磷含量进行测定,获得了1株溶磷能力较大的菌株P10,其对磷酸钙、磷酸铝及磷酸铁的分解能力分别为250,13,31μg/m L,经分子生物学鉴定,该菌株为具疣蓝状菌(Vorte plave gljivice)。该菌的最佳碳源、氮源、p H及底物磷酸钙用量分别为蔗糖、大豆粉、p H 6.0及10 g/kg,优化后,可溶性磷含量达378μg/m L。

关键词：板结土壤溶磷真菌钼蓝比色法溶磷能力

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圆盘碎土起膜装置的设计与试验研究

圆盘碎土起膜装置的设计与试验研究

作者：巩怀仁新疆农业大学

学位级别：硕士

随着地膜覆盖技术的推广,农业生产者渐渐了解其保土、保温、抑制杂草生长等优点,在耕种的过程中广泛使用地膜。由于覆膜面积的增加,导致田间残留地膜增加,污染土地与环境。采用机械收膜的方式虽然能够改善人工捡拾效率低、劳动强度大的... 详细信息

随着地膜覆盖技术的推广,农业生产者渐渐了解其保土、保温、抑制杂草生长等优点,在耕种的过程中广泛使用地膜。由于覆膜面积的增加,导致田间残留地膜增加,污染土地与环境。采用机械收膜的方式虽然能够改善人工捡拾效率低、劳动强度大的缺点,但是,现有的机械收膜手段并不能够达到边膜收净的目的。经历作物一个生长周期的时间,边膜上的土壤往往会发生板结现象,对后期残膜机械回收造成了阻碍。本论文通过圆盘碎土起膜装置破碎边膜上方的板结土壤,将边膜切断并使边膜随着圆盘翻起至土壤表面,以便后续收膜装置将边膜与地表膜一起回收。本论文的主要研究内容包括:1)根据单圆盘开沟器及残膜回收机具的结构,设计出边膜回收装置,画出结构图并加工制作出物理样机。建立土壤三角楔模型,根据力学理论建立圆盘工作时的受力模型,研究圆盘起膜过程中对板结土壤的扰动以及边膜切断后随圆盘带出土壤表面情况。2)对厚度为0.006mm残地膜进行纵向、横向、直角撕裂拉伸试验,试验结果显示最大拉伸负荷分别问2.165N、0.873N、1.083N。运用Workbench软件对地膜进行静强度分析,结果显示地膜破损的极限应力为10446Pa。3)根据理论分析,运用ANSYS仿真软件,采用非线性有限元方法对圆盘起膜装置中的圆盘进行静力学分析,分析结果显示应力主要集中于圆盘中心孔附近,入土最深点处最大的应力为11.5MPa a;对圆盘起膜的过程进行动力学分析,研究圆盘破土过程中受力情况及土壤变形情况,结果显示x、y、z方向上土壤变形量最大值分别为39.01mm、57.66mm、54.07mm。4)采用正交试验的方法,以边膜带出率和板结土壤破碎程度为试验指标对圆盘起膜装置进行田间试验。试验结果显示圆盘半径为160mm、行进速度为5.304km/h、工作倾角为30°时圆盘碎土、起膜效果较好;通过方差分析发现圆盘半径因素对试验指标判定显著性影响一般,工作倾角和行进速度对试验指标判定有非常显著影响。

关键词：边膜回收板结土壤仿真分析正交试验

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烟田苗期揭膜机清土识膜装置设计与研究

烟田苗期揭膜机清土识膜装置设计与研究

作者：任震宇西南大学

学位级别：硕士

地膜覆盖培育方法是提高农作物产质的重要技术手段,而地膜难以在自然条件下降解,随着地膜残留量的逐年增加,农田污染及“白色污染”等问题日益严峻。烟草作为我国的重要经济作物,地膜覆盖培育在其种植中的应用较为广泛。在烟苗初期进行... 详细信息

地膜覆盖培育方法是提高农作物产质的重要技术手段,而地膜难以在自然条件下降解,随着地膜残留量的逐年增加,农田污染及“白色污染”等问题日益严峻。烟草作为我国的重要经济作物,地膜覆盖培育在其种植中的应用较为广泛。在烟苗初期进行地膜覆盖,可以有效保证烟苗的发育温度,同时其保温保墒作用能够显著促进烟苗生长。而到烟株生长中后期,温度升高,地膜对烟株生长起抑制作用,同时苗期地膜强度相对较好,地膜便于回收,所以需要在苗期对其进行揭膜工作。但由于揭膜过程中的板结土壤会严重限制揭膜机的工作,因此本论文对揭膜机的板结土壤清理装置进行了设计研究,为解决丘陵地区土壤板结时地膜回收难题,促进农业绿色发展和农业机械化进程上具有重要意义。论文所设计的清土识膜装置包括以直流推杆电机和刨土铲为主的机械部分,以及以摄像头与控制器为主的图像处理部分。装置整体工作方式先由控制器发出指令,使刨土铲在推杆电机的带动下进行刨土作业,同时由摄像头对每次刨土后图像进行采集,判断其是否出现地膜。若无地膜,继续工作,若出现,则停止工作,如此循环,从而达到清理板结土壤的目的,以便揭膜。主要研究内容有:(1)对烟田苗期揭膜机的总体方案进行设计,对整机的各个工作部分机械结构框架进行三维建模与虚拟装配,在避免机械干涉的前提下尽可能的使结构紧凑,满足丘陵山区的作业环境。(2)对清土识膜装置进行结构设计,研究该装置在清理地膜板结覆土时的受力情况以及分离机理,分析装置在清土时受到的复合阻力,并进行了相关试验,试验得到刨土铲的切土力与刨土力的最大值分别为73.97N和57.94N,再结合试验数据选取合适的直流推杆电机。(3)对地膜图像的处理算法进行研究,首先对采集摄像头进行了标定工作,分析摄像头的成像机理,比较目前摄像头标定算法的优缺点,选定了张正友标定法对摄像头进行标定工作,以黑白棋盘格为参照物,提取角点作为特征,获取其内外参数,去除畸变影响,并对比了不同标定距离下的结果;而后对田间膜土图像进行采集与图像分割,在不同的颜色空间中对Otsu算法与K-means算法进行对比分析,得出最适合本文的分割方式,再对分割后的图像进行形态学滤波开闭运算和连通域去噪Seed-Filling算法,最后对目标区域进行边界追踪分离提取,采集图像中地膜的面积和周长等几何信息来判断地膜是否存在。识别算法的特征值范围为面积45000000mm,面积占比4%2%,周长25050mm,三个条件同时满足即认定为膜土图像。(4)对清土识膜装置的控制策略进行研究,同时完成相应模块化电路,结合摄像头,通过控制器对整体工作进行衔接,完成清土识膜工作。对清土识膜装置进行相关试验,设计两组试验分别对刨土铲工作精度和装置的整体工作进行检测,验证其是否达到设计要求。试验结果表明,装置的刨土铲切土位置的控制精度保持较为良好,位移误差不超过1mm;装置整体工作的地膜平均识别率大于95%,伤膜率低于3%,同时其平均覆土清除率也超过80%,试验效果较好,满足设计要求。

关键词：烟草地膜板结土壤清土识膜