试析穴灌坐水播种机水路系统的设计与试验研究

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1、Y891乓‘1分类号UDCS223．263l33【Y891441—Y891460密级：f害伤震、青人兽博士学位论文穴灌坐水播种机水路系统的设计与试验研究王利强指导教师姓名直整基副瞳医熬援一选豳壅些盔堂=里理堂睦选田直壅瞳堕12Q曼昱塞友圭堡硒豇虽——壁些酆磁瘟壅些扭越也婴基逝延蒸直立直蜘蓝!QQ墨申请学位级别擅±专业名称壅些女【撼他王壅论文提_殳日期2QQ§生5旦!Q日论文答辩日期2QQ§生§旦l!目学位授予单位和日期：远匝壅些厶堂2Q竖生§旦答辩委员会主席玉丝左数攫评阅人蓬垦臣熬援直监童熬攫奎盛坐堑握焦塞洼熬攫奎丞奎麴拯2006年6月15曰沈阳农业

2、大学博士学位论文摘要我国水资源短缺、旱灾频繁，特别是北方干旱半干旱地区农业水资源十分紧缺，各种早作节永农业技术受到普遍重视。其中抗旱播种技术是旱作农业技术的关键，而坐水播种是一种行之有效的抗旱播种技术。近年来，在国家科研资金的引导下，全国各地加大了坐水播种技术的研究力度，相继研制出多种坐水播种机械。但是，截至目前，在机械化坐水播种技术的实施过程中仍存在着诸如穴灌水量不确定、种一水难同位，坐水过程灌溉水飞溅，播深、粒距不稳定等问题，亟待解决。为此，本文以玉米为供试作物，连续近三年时间结合国家“863”节水重大科技专项课题“行走式多功能抗早灌溉机具与成套

3、设备研制及产业化开发”与坐水播种示范地的生产实际，针对机械化坐水播种技术实施过程中遇到的问题进行了理论分析与试验研究。论文的主要研究工作与结果概括如下：1．通过玉米种植试验。测定了试验地土壤的基本物理性质、能够保证玉米种子发芽出土的最低土壤含水量(临界土壤含水量)、供试土壤的玉米凋萎系数、以及玉米坐水播种时合理的穴灌水量。试验得出结论：要满足玉米的出苗需要，播种时种层土壤的重量含水景不得低于的临界土壤含水量14％；供试土壤的玉米凋萎系数为7．3％；当穴灌水量为801111时，种穴土壤含水量、发芽出土率、苗的长势等基本能够满足坐水播种对水分的需要，为了

4、保险起见，确定100ml水量为坐水播种的设计穴灌水量。2．针对当前坐水播种机具存在的种、水播施难同位等问题，提出了“开沟一种、水同时播施，覆土一镇压”的机械作业新工艺。在此基础上设计了地轮泵与同步信号控制两种水路组成的新型穴播穴灌坐水搔种机，并对同步信号控制水路系统关键部件建立了其设计参数的数学模型，利用惩罚函数法和MaⅡab提供的优化函数对模型参数进行求解、优化，并研制了样机，通过样机室内试验测得该关键部件的局部水头损失系数，为水路系统其他参数的设计提供参考。3．利用缝轮泵水路穴灌坐水播种机样机单体，对穴灌水溅水范围进行台架试验研究。结果表明：穴灌

5、水溅水范围主要受喷水口内径、喷水口安装高度和机组作业速度三个因素的影响，并得出了三个因素对溅水范围影响的回归方程。通过对回归方程的响应曲面法分析，确定影响溅水范围的因素重要性顺序为：机组作业速度>喷水口安装高度>喷水口内径；且随着喷水口内径的增大，穴灌水溅水范围呈先略减小后增大的趋势，喷水口安装高度对穴灌水溅水范围的影响趋势与喷水口内径相似：随着机组作业速度的增加，穴灌水溅水范围明显增大。利用有约束非线性优化理论对回归方程的设计参数进行优化，确定了一组最优的参数组合。4．建立了坐水播种过程灌水冲击种沟沟底的灌溉水柱冲击模型，并对该模型的自摘要由下落段

6、、冲击种沟段、贴沟底流动段的速度与压力分布，以及种沟冲击面上的冲击压强进行了理论分析。5．本文在国内外首次利用测力传感器直接测试坐水播种灌水水柱冲击种沟沟底的冲击压力，并用计算机直接采集和分析数据，给出了冲击压力信号的采集方法与系统组成，以及采集过程中的采样次数、采样频率等。系统地给出灌水水柱冲击压力的试验结果和统计特征参数，并对采集的冲击压力信号在时域、频域内进行分析，以研究灌水水柱冲击压力信号的统计特征，为坐水播种技术进一步的理论研究提供前期研究与参考。试验得出以下主要结论：随着影响因素的变化，穴灌水柱冲击力的大小随之变化，且变化趋势与同等试验条

7、件下溅水范围大小的变化基本相同；灌水水柱对种沟沟底的冲击过程在各种试验条件下基本符合正态概率分布；灌水水柱对沟底的冲击压力与滞点压强，随着喷水口安装高度的升高与喷水口内径的增大而增大，对应功率谱的振幅也随之增大；实验条件变化时，自相关函数曲线衰减的速度有较大的差异：功率谱函数没有明显的优势频率，但频率的最大值基本上出现在lOHz以内：利用试验值对喷水口安装高度无量纲化后，拟合出了水柱冲击压力和滞点处冲击压强随喷水口内径变化的估算公式：喷水口安装高度的降低与喷水口内径的减小都对灌水水柱的冲击力有明显的弱化作用。6．通过对优化改型过的样机进行室内外的性能

8、与田间试验，测定了样机的作业性能。结果表明：两种样机各项性能均达到了设计要求。测试数据表明样机工作性能稳定、