摘要：为解决轻小型平移式喷灌机末端喷头低压工况下喷洒射程小、水流破碎不充分以及组合喷洒均匀度低等问题,该研究以NelsonR55型旋转折射式喷头为原型,基于二级破碎、面槽分流、旋转射流和非全圆限制喷洒的工作原理,设计出系列化旋转折射式末端喷头,采用Creo建模与激光快速成型、实测试验、模型计算以及多目标综合评价等方法,完成喷头的实体制作、水力性能测试与评价,确定出喷头最优设计参数。研究结果表明:1)通过调节喷盘曲面与沟槽的分流比可对近远端水量分布进行调控,且以均匀集中的曲面-沟槽分布调控效果为优;2)半圆形与V形流道截面设计相比,射程增幅42.84%~66.03%,峰值喷灌强度降幅36.88%~62.17%;3)优选出“分流比1∶1、曲面-沟槽均匀集中分布、流道截面形式半圆形、喷盘转速100-120 r/min的非全圆喷嘴”的喷头最优设计运行参数,喷头射程可达10.3 m。改进后喷头,相较于R55型末端喷头,在0.10 MPa低压工况下,轻小型平移式喷灌机的组合均匀度提升32个百分点;机组控制幅宽增加38.5%;流量提升5.2 m^(3)/h。该款低压末端喷头,可有效提升机组喷洒幅宽,且与中部喷头适配性高,实现了节能保质灌溉双重目标。

摘要：针对固定式光伏装置在光伏水泵提水系统应用中存在太阳能利用率低的问题,该研究提出了一种基于水位变化调节光伏板倾角的追日策略,并开发出适于光伏提水系统的三点支撑型追日装置。通过理论推导、模型计算和试验测试等,对装置的浮球驱动、恒流进水、虹吸泄水和二次补水调节等组成单元的关键技术参数进行了设计与试验验证。研究结果表明:采用三点支撑结构及浮球浮力可保证光伏板的自东向西平稳追日,虹吸效应可实现光伏板的自动复位,二次补水调节可保证该装置对各种天气类型的适用性;与固定式光伏板相比,在晴天工况下,本装置全天太阳辐射的接收量同比提高28.56%,水泵提水量增幅为34.74%;在多云工况下,二次调节补水装置补充水箱水量,保证光伏板追日的连续性,全天辐射接收量同比提高32.56%,水泵提水量增幅为40.82%。该研究实现了光伏提水与光伏板追日相结合,为提高光伏板发电效率提供新思路。

摘要：【目的】建立综合评价水量分布整体和局部特性的均匀度系数,为喷灌系统优化设计与运行参数的合理配置提供参考。【方法】通过定义正负偏差与偏差分布的概念,提出一种基于偏差分布的均匀系数DUl和DUh。选取Nelson D3000喷头作为研究对象,实测和计算其水量分布,对比了均匀系数DUl、DUh、CU、DU对水量分布的评价性能,对发生亏缺灌溉或过量灌溉的敏感度,不同组合间距和工作压力下的均匀性。【结果】①组合间距为1.5R时,发生过量灌溉,仅DUh表现出较差均匀度,此时正偏差集中分布在小区域内。②发生小区域过量灌溉时,CU和DUh具有较高敏感度,分别为11.15%和9.32%;发生小区域亏缺灌溉时,DUl和DUh敏感度分别为4.69%和5.70%。③组合间距对DUh、DUl、CU、DU有显著影响;随着工作压力的增大,DUl和DUh差异显著,CU、DU差异不显著。④参考CU水平分类标准,构建了均匀系数DUl、DUh随正负偏差分布动态变化的评价指标划分标准,假设正负偏差分布相等,DUl和DUh的及格标准分别为70%和130%。【结论】基于偏差分布构建的均匀系数DUl、DUh对于准确评价水量分布均匀性和优化喷灌机配置较CU、DU更为优越。

摘要：针对农果复合种植中农作物和果树的根系深度、灌溉时间和灌水量等指标存在明显差异,采用传统单一灌溉方式难以同时兼顾果树深根和套种作物浅根的灌溉问题,以实现深浅根高效灌溉为目标,开发一种基于水压控制的微喷灌与陶瓷渗灌互补装置。在对装置进行整体结构设计的基础上,重点对3个核心部件:渗灌压力转换器、微喷压力转换器和伸缩装置进行优化配置。对渗灌压力转换器开展二因素六水平全试验优化设计,优选出渗灌压力转换器中弹性膜片的硬度(70 HA)和厚度(1.5 mm),该条件下,可使地下灌溉的工作压力范围为0.015~0.055 MPa,流量10 L/h,流态指数为0.004。在对微喷压力转换器进行结构设计的基础上,确定弹簧劲度系数为1 500 N/m,可保证微喷头在低压下(小于0.066 MPa)不喷水,理论推导出伸缩装置的临界伸长压力为0.066 MPa,与试验结果(当水压达到0.066 MPa时,伸缩装置开始伸长,0.15 MPa时伸缩装置升至最高点,微喷头开始稳定工作)相符。制作出微喷灌与陶瓷渗灌互补装置实物模型,参照国家标准进行性能测试,并将模型应用在日光温室,结果表明:本装置以水压0.066 MPa为界,低压渗灌灌溉果树深根,高压微喷灌灌溉套种作物浅根系,互补灌溉功能良好,土壤剖面含水率实测值满足设计预期。该研究可为农果复合林深、浅根的高效灌溉提供有效解决方案。

摘要：为确定自然环境下日光温室前屋面的采光效率,通过实测数据获得杨凌地区冬季长时间无雨状态下棚膜表面的灰尘积累分布情况以及不同太阳入射角及积灰程度下的棚膜透光率,构建了积灰分布模型及棚膜透光率衰减模型,在此基础上结合太阳入射角计算模型,采用MATLAB作为开发工具编写日光温室前屋面透光率的计算程序。通过输入温室地理坐标、日期时间、采光面曲线形状、朝向、棚膜材料种类,模拟出采光面上的透光率,并在杨凌地区对模型进行验证与应用。结果表明:同时考虑灰尘和太阳入射角的影响,建立的透光率模型与实测值的模拟精度较高,3个测点的模型计算值与实测值平均绝对误差分别为0.90%、2.13%和2.02%;以杨凌冬至日高采光效率为设计目标,将距温室前屋面底端0.8 m处的点作为控制点,确定2种曲线形状的温室,其前屋面控制点高度分别为0.6和0.8 m;朝向为南偏西5°时,在冬至日正午前后2h内,采光面的太阳入射角处于合理采光角范围内,采光效率较高;在弱光低温的冬季,为保障温室内较高的光照强度,建议选用的前屋面覆盖材料为白色PO膜。该研究可为日光温室棚膜表面采光效率的计算及采光面结构的设计优化提供依据。

摘要：针对农业光伏设备积灰严重导致发电量降低的问题,该文采用人工布灰的室内试验方式,利用太阳能全自动模拟跟踪装置,研究灰尘粒径、积灰密度和光照强度对光伏组件输出功率的影响规律,建立了输出功率减小率预测模型,并在室外自然光照下进行模型验证。结果表明:光伏组件输出功率减少率随积灰密度的增大而增大,但增长速度逐渐变缓;当积灰密度相同时,光伏组件输出功率减小率随灰尘粒径的增大而减小,当光照强度为18 300 lux、积灰密度为10 g/m2时,0～38、38～75、75～110和110～150μm粒径组对应输出功率减小率分别为15.96%、12.51%、8.16%和5.39%。双因素方差分析结果表明,灰尘粒径、积灰密度及两者交互作用对输出功率减小率影响显著,光照强度对输出功率减小率影响不显著。通过理论分析,提出了基于遮挡效果相同的不同颗粒级配灰尘的等效粒径的概念和计算公式,进一步利用多项式拟合,建立了光伏组件输出功率减小率随积灰密度和等效粒径变化的计算模型(R2=0.986)。利用太阳能水肥一体化装置对计算模型进行验证,误差绝对值均小于1.5%,表明模型具有很好的实际应用价值。该模型可为光伏农业设备中供电系统的优化配置提供设计依据。

摘要：针对中心支轴式与平移式喷灌机桁架结构存在的结构笨重、用料冗余等问题,依据其单跨结构形式设计出一款轻小型喷灌机桁架结构,并对其进行力学性能分析与优化设计。首先采用有限元软件ANSYS构建喷灌机桁架结构模型,讨论桁架结构在承受自重、自重+水重、自重+水重+风荷载3种场景下的受力情况,并对其强度、刚度和稳定性进行验算。其次以整体结构质量最轻为目标,各杆件截面尺寸为设计变量,各杆件最大应力和最大位移为约束条件,利用ANSYS零阶算法对桁架结构进行尺寸优化设计,在保证桁架结构稳定可靠的前提下减少结构质量。结果表明:影响喷灌机桁架结构稳定的主要因素为风荷载;在确保结构性能前提下喷灌机桁架结构优化前后用料变化较大,桁架尺寸优化效果较为明显。探讨喷灌机桁架力学特性规律,为日后喷灌机桁架结构的优化设计提供借鉴。

摘要：对太阳能平移式喷灌机的行走驱动系统进行方案设计与理论计算,比较不同工况下喷灌机行走所需驱动功率,确定机组在不同工况下的驱动电机选型与光伏配置。该研究以一日累计作业时间为太阳能驱动平移式喷灌机的技术评价指标,预测陕西关中及宁夏地区晴天和阴天或雾霾天气下的机组续航能力;并得到各工况下喷灌机行走速度和行走坡度与一日累计工作时间的关系:一日累计作业时间随机组运行速度的提高与爬坡角度的增大而降低;相同工况下,晴天一日累计作业时间为阴天或雾霾天气的1.5倍。研究结果表明,以独立光伏发电系统作为平移式喷灌机的驱动能源是可行的,能够满足机组日常行走作业的需求。该研究结果可为太阳能平移式喷灌机行走驱动系统方案设计提供参考。

摘要：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。

摘要：针对喷灌机季节性用电需求,提出了一种轻小型太阳能平移式喷灌机光伏配置方法,以负载亏电率和能量溢出比为约束指标,以系统全寿命周期成本最小为目标,结合杨凌地区气象资料,对自主研发的太阳能平移式喷灌机驱动行走系统和取水加压系统进行光伏系统的优化配置,得到不同负载亏电率下的供电能量配置组合和全寿命周期成本,并寻求机组光伏阵列最佳布设倾角及系统蓄电池和光伏电池容量的最优配置组合.结果表明:杨凌地区光伏阵列最佳布设倾角为15°左右;太阳能喷灌机阴雨天不灌溉或者少灌溉,配置12块光伏组件和3组蓄电池组,能基本满足作物灌水周期4 d的要求;太阳能喷灌机推广应用时,可适当提高负载亏电率以降低机组造价成本.该方法可用于太阳能平移式喷灌机能量配置系统方案设计和优化,为太阳能在农业机械领域的应用提供参考.