农业生态面源污染是当前实施乡村振兴战略的内生性障碍之一,如何有效治理生态面源污染是关系到农业治理现代化的现实命题。基于利益相关者视角辨识生态面源污染治理过程中的利益主体,明晰各方主体间体演化的角色定位。同时通过利益主体间的行为博弈分析,厘清农业生态面源污染治理过程中各方主博弈的现实图景。为此,嵌入合作治理路径,推动农业生态面源污染治理的动态调节和可持续,以期提升污染治理的有效性,旨在进一步实现美丽乡村建设。

为探究花生种子外形尺寸、穴播器工作转速及取种器结构参数对滚筒式穴播器排种性能的影响,将花生种子按外形尺寸分为3级,利用离散元分析软件EDEM建立穴播器和种子的仿真模型,模拟不同等级花生种子在不同转速、不同结构参数取种器下排种器的排种性能。仿真结果表明:随着工作转速的增加,穴播器对各级花生的合格指数均呈下降趋势,当工作转速大于40 r/min时,合格指数下降明显;当工作转速额定,侧孔和容腔的尺寸分别为40 mm和30 mm时,对大粒种子的排种性能最优,合格指数为91.37%;侧孔和容腔的尺寸分别为32 mm和25 mm时,对中粒种子的排种性能最优,合格指数为93.07%;侧孔和容腔的尺寸分别为28 mm和20 mm时,对小粒种子的排种性能最优,合格指数为93.02%,可见,种子与取种器的适配性影响排种性能。田间试验表明,在穴播器工作转速40 r/min、取种器侧孔长度32 mm,容腔长度25 mm条件下滚筒式穴播器对各级花生种子的排种性能与仿真变化规律一致,离散元分析方法应用于滚筒式花生穴播器上是可行的,本研究为穴播器的优化设计提供理论依据。

为实现链耙式残膜回收机作业过程中链耙捡拾机构双链传动同步性的实时监测,设计一种基于电涡流传感器的链耙式残膜回收机双链传动同步性监测系统。该监测系统以STC89C52单片机硬件系统为下位机,通过电涡流传感器和霍尔传感器分别获得链耙捡拾机构与动力轴转速信息,判断收膜机链耙捡拾机构运行状态,并通过HC-12无线模块将状态信息传输至SG121-BGCM型工控机人机界面实时显示。室内试验表明,在收膜链耙转速为168 r/min时,系统对链耙捡拾机构跳齿情况监测准确率为96%以上;田间试验表明,在收膜机前进速度取8 km/h,链耙捡拾机构转速取168 r/min 时,跳齿监测准确率为95%以上。该监测系统实现了对链耙式残膜回收机运行状态的实时高精度监测,有助于提高残膜回收机作业可靠性。

针对目前软体末端执行器在果蔬采摘领域存在刚度低、指尖力小等问题,在多腔体型软体末端执行器的基础上,提出一种通过对发生层的腔体顶部及两侧增加限制性材料以增大夹持力的方法。建立数学模型分析执行器末端位置与输入气压之间的关系;采用Abaqus软件仿真分析执行器弯曲角度、支反力的变化规律;通过对比试验进行抓取验证。有限元仿真与试验结果表明:发生层限制性材料的增加在不影响执行器弯曲性能的前提下,不仅能很好地减小气球效应,而且能够承载更高的工作压强;弯曲角度和压强一定时,增强型执行器的支反力明显大于传统软体执行器,增强型软体抓手最大抓取重量约为414 g,传统型软体抓手最大抓取重量约为108 g,抓取重量约为传统抓手的4倍。

为探究蒜薹不同采收方式及植株叶片损伤程度与鳞茎均重之间的关联机制,开展两年的大蒜田间试验研究。试验以"苍山白蒜"和"金乡紫皮蒜"两个大蒜品种为材料,研究不采薹、手工采薹、犁刀法采薹、剪花苞式采薹及不同植株叶片损伤程度等12种蒜薹采收方式对鳞茎均重的影响。试验数据均表明,以鳞茎均重为评价指标,各采收方式对评价指标均有不同程度的影响。剪花苞式处理组指标值最高,不采薹处理组指标值最低,且两组指标值差异显著;手工采薹与犁刀法采薹的指标值差异不显著。植株叶片损伤程度与指标值呈显著负线性相关关系。研究结果为优选蒜薹和鳞茎的组合采收方式提供依据,同时也为蒜薹采收机械的研究提供数据参考。

切割器作为小型收割机大概率故障的作业部件,其传统可靠性测试方式受作业季节、田间地形及多变负载等因素的影响,致使其测试周期长且测试数据收集难度大,给后续切割器改良设计及小型收割机整机优化设计造成很大的困难。基于此,创新性地提出一种螺旋绞龙式供料系统,结合模拟田间地形差异(含收获机械自身振动)的振动台及为不同切割器驱动的动力输出装置,构建实验室条件下的小型收割机切割器可靠性测试实物仿真实验平台。选取小型收割机(型号:1WG6.3-110FC-Z)的切割器为被测对象,将其在平台上进行24 h连续测试,测试结果表明:测试样机其有效度达95.62%。尽管模拟可靠性测试时间较短,但仍在测试过程中,暴露了收割机的某些故障,这些故障均符合JB/T 6287规定的切割器故障描述,因此,该小型收割机切割器可靠性测试平台能够在一定程度上模拟切割器田间作业的相关条件,能够在某些情况下替代切割器的田间现场可靠性测试。

为降低播种动力消耗,提高播种质量,适应杂交水稻精量育秧播种农艺要求,设计一种气吸双层滚筒式排种器。阐述该排种器的工作原理、关键部件结构及参数设计,通过对排种过程的种子进行受力分析,确定播种质量与滚筒转速以及吸孔负压的关系。选取合格率和重播率为试验指标,振动频率、滚筒转速以及滚筒负压参数作为试验因素进行中心复合试验。试验结果表明:当振动频率为51.8 Hz、滚筒转速为8 r/min及滚筒负压参数3.4 kW时,平均合格率为93.21%,平均重播率为3.97%,该排种器能够满足播种要求。

目前我国现存的半喂入花生联合收获机无法有效清选土壤板结严重或石块、泥块过多的地块。为解决该问题,设计一种总长1 683 mm,宽550 mm,高1 010 mm,由双层筛及传动装置组成的去石清选装置。根据测量的花生及石块、泥块的物理尺寸,花生品种选取等因素,对去石清选装置进行正交试验,确定该装置的网孔形状为方形,筛网安装角度为13°,筛体运动频率设定4.0 Hz,筛体前后行程为16 mm。通过优方案试验,得出该清选装置的含杂率为3.82%,损失率为1.28%。为进一步确定装置可靠性,将该装置与传统清选装置进行田间对比试验。试验结果表明:传统清选装置的含杂率为13.17%,损失率为1.96%,而该清选装置的含杂率为3.47%,损失率为1.21%,除杂率是传统清选装置的4倍左右,损失率减少0.75%。该装置可以为半喂入花生联合收获机面对土壤板结严重或石块、泥块过多地块时的清选指标提供参考。

针对机采棉种植农艺要求,设计一种一次性可完成开沟、施肥、喷药、铺设滴灌带、仿形、铺膜、播种、镇压等作业的双U型棉花精量播种机。该机采用勺轮鸭嘴式精量排种器和提土覆土装置实现节水精量全膜播种;利用ANSYS软件对双U型棉花精量播种机的成穴机构进行静力学分析,对提土覆土装置的传动轴进行模态分析。田间试验表明:种子的空穴率为1.6%,种子机械破损率为0.1%,穴粒数合格率为96.2%,种子覆土厚度深度合格率为97.5%,采光面机械破损程度为16.8 mm/m~2,采光面宽度合格率为93.6%,试验指标均达到设计的相关要求和农业的相关标准。

针对根茎类中药材收获机采用固定式挖掘铲收获时,存在挖掘深度不足,入土阻力大,功率损耗严重,碎土效果差,铲尖磨损较大等问题,采用理论计算与数值仿真的方法,对振动式挖掘装置的挖掘铲参数、运动机构、铲面运动特性和工作效果进行研究。结果表明:该装置采用锯齿形平面三角铲,铲刃张角≤94°、入土角为20°～30°、工作深度≥500 mm,铲面长度为772 mm,运动机构类型为四连杆机构,工作时做平面运动,其水平方向运动类似于余弦函数曲线,垂直方向为正弦函数曲线,速度与加速度变化类似。挖掘铲在水平方向和垂直方向的运动曲线平滑顺畅,运动类型与理论推导值吻合,为简谐运动,运动过程无干涉现象,速度与加速度变化均符合运动规律。当挖掘装置的前进速度为2.4 m/s,入土角为25°,转速为280 r/min时,该装置的挖掘阻力最小。采用振动式挖掘装置对中药材进行收获时,可有效减小挖掘阻力,具有良好的碎土分离效果,整体运行平稳,工作可靠,各项性能均满足行业标准要求。

剑麻机械化收获是实现剑麻生产全程机械化的重要环节,目前剑麻人工收获劳动强度大、效率低、成本高,实现机械化收获是急需解决的问题。近年来国内外剑麻收获机械研究进展缓慢,研究成果整体实际运用效果差。介绍我国手持式、手推式、自走式、搭载式剑麻收获装置的结构特点,分析阻碍我国剑麻收获装置研发及推广应用的主要原因:手持式费力,手推式不灵活,自走式通用性差;剑麻自身特性导致机械化收获难度大;农机与农艺不融合。通过对不同切割刀具使用性能对比和对下刀方式、切割方式、割叶路径的分析,提出我国剑麻收获机的设计思路和发展建议,为剑麻收获机的研制提供参考。

针对设施蔬菜穴盘苗移栽机膜上作业效果不好、稳定性较差等问题,设计一种八杆栽植机构,建立八杆栽植机构的数学模型并进行仿真分析与效果验证。使用Adams动力仿真软件,对八杆栽植机构的虚拟样机在取投苗效率为120株/min,栽植深度为60 mm,株距为200 mm、300 mm、450 mm时进行仿真分析,仿真分析结果表明:膜面连接长度满足蔬菜移栽机行业标准。按蔬菜移栽机膜面穴口开孔合格率中膜面连接长度测定方法对八杆栽植机构样机进行试验测试,试验结果表明:样机株距设置为200 mm、300 mm、450 mm时,膜面连接长度平均值为141 mm、237 mm、368 mm,与仿真结果误差分别为8.5%、6%、6.1%。

果树行间距一般比株间距大,可以利用割草机械直接进行除草作业,但是果树株间的杂草就不能很好的用割草机进行机械化作业清除。文章在江苏泰兴烨佳梨园、沛县聚英阁苹果园和睢宁官山楸树园对F.US-UFO型果园避障割草机开展田间试验,通过对收草质量、割幅、割茬高度、漏割率、避障损伤率、避障割草高度与行间高度最大差、最短避障距离的测定,测试机具作业性能;通过对使用可靠性系数、平均故障间隔时间、班次小时生产率、劳动生产率和单位面积耗油量的测定,测试其田间生产性能。试验结果表明:F.US-UFO型果园避障割草机既能完成行间割草作业也能完成株间割草作业。果园行间坡度越小,园间路面越平坦,果树株行距越大,割草机作业质量越高。割草机工作效率为0.49 hm~2/h,单位面积耗油量为11.41 kg/hm~2。

为实现果园机械化管理生产,产业的提质增效,促进现代林果业的健康可持续发展,结合新疆兵团的实际情况,研制开发适用于特色林果业的采摘升降作业平台。对果园机具的整机结构和关键部件进行计算设计、优化选型,通过实地测试,确定行走、转弯、爬坡、升降、采摘等各项性能参数指标。测试结果表明:相对于人工作业,升降平台机械作业采摘效率提高50.31%,采摘量提高41 kg/h,集采摘、运输、修剪等各种功能于一体,同时又降低生产成本、保障作业人员的人身安全、减轻工作强度和提高劳动舒适性。

母猪饲喂是生猪养殖中极为重要的一部分,为提高母猪产仔率,设计一种智能化母猪饲喂控制系统,该系统基于嵌入式Linux,硬件设备包括Exynos4412母板、外围控制电路集成接口板以及传感器和执行机构,负责对母猪进行信息采集、定时定量下料下水并控制装置中猪的数量。软件主要由驱动程序与应用程序协同工作保持饲喂逻辑正常运行,服务器建立在云端,应用层通过调用SQlite-API完成与后台的实时数据同步,实现精细化饲喂。试验结果表明:控制系统下料误差小于3.6%,下水误差小于3.75%;能够实时监测猪只的体温信号,重复测温误差为±0.2℃,利于饲养员对母猪健康的管理。

针对目前全自动移栽机作业效率低、稳定性低的问题。结合自主设计的全自动移栽机装置,基于可编程控制器PLC设计一种穴盘苗的取喂苗控制系统,并进行田间试验。试验表明,系统通过PLC控制多个气缸与步进电机,能够实现取苗、喂苗的协调配合。在移栽速率为60～120株/min范围内,取喂苗成功率与苗株完整率均大于95%。控制系统能适应不同移栽速率下的自动移栽作业,最终实现高效稳定自动移栽。

针对油莎豆收获人工收获难度大、收获效率低、损失率高等问题,提出先脱粒后分离的收获方式,设计一种油莎豆收获筛分装置,该装置主要由脱粒系统和振动筛分系统等组成。采用矩阵法对振动筛分机构进行运动学理论分析,运用ADAMS软件对该机构进行仿真,得到筛面各点的位移、速度、加速度曲线图,分析各点的运动变化规律,找到影响筛面运动的关键因素。以曲柄转速、筛面倾角、振幅为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,运用Design-Expert软件进行分析。结果表明:曲柄转速为236.51 rad/min、筛面倾角为6.7°、振幅为3.98 mm时,筛分效率为96.56%,损失率为1.83%,满足油莎豆收获机的设计要求。

为了解固定床花生换向通风干燥作业特性,为已研发的箱式换向通风干燥设备提供合适的花生干燥通风参数,以花生与空气间的传热传质为基础,建立干燥状态偏微分方程组,并以此为基础采用有限差分法对干燥过程进行数学模拟,分析左右干燥室同时从下向上通风干燥时长、换向干燥阶段换向时间、单位体积通风量对干燥行为的影响,并采用均匀设计和综合加权评分法确定最优通风干燥参数。结果表明:从下向上通风阶段,热量主要用于花生加热和表层水分快速蒸发,下、中、上层物料干燥升温速度差明显,易形成较大水分梯度;换向通风干燥阶段,物料温度呈类波浪状波动,有效控制整床物料干燥均匀性。缩短从下向上通风时间,有助于降低耗能和水分差,但对干燥耗时和生产率影响较小;换向时间的改变对耗时、生产率、耗能、水分差影响较小;单位体积通风量的增加有助于干燥耗时、水分差的降低及生产率的提高,但耗能亦将快速增加。均匀设计和综合加权评分表明,含水率>25%阶段通风量1 394 m~3/(m~3h),含水率15%～25%阶段通风量838 m~3/(m~3h),含水率0.98,模拟仿真可准确描述干燥过程物料温度和含水率变化。为花生换向通风干燥设备改进和工艺优化提供参考。

针对棉秆压缩打捆密度低、压缩打捆装备可靠性差等问题,采用设计的棉秆压捆试验平台,将棉秆含水率、棉秆切断长度、棉秆喂入量和压缩活塞压缩频率作为试验因素,以压缩活塞端面压力、压缩室压力和棉秆压捆密度作为试验性能指标进行棉秆压缩打捆单因素和中心组合试验,建立各试验因素和试验性能指标之间的回归方程,确定各试验因素对性能指标的影响规律,并进行优化计算,对优化结果进行试验验证。结果表明:棉秆压缩打捆的最优组合为棉秆含水率30%,棉秆切断长度25 cm,棉秆喂入量2.15 kg/s,压缩活塞压缩频率110次/min,压缩活塞端面压力13.84 kN,压缩室压力3.36 kN,棉秆打捆密度145.83 kg/m~3,为棉秆压缩打捆机械的设计提供理论指导。

由于丘陵山地果园路面不平坦,果实运输车减振效果差,果品因运输车的剧烈振动而损伤。为保证果品的园内运输质量,需对丘陵山地智能运输小车的减振系统进行优化设计。首先根据丘陵山地果园地形地貌,构建运输车激励图谱;通过对悬架系统进行分析,设计一种适用于丘陵山地果园运输车的二级减振结构,并对其进行参数优化;然后利用ADAMS构建动力学模型,对其减振性能仿真分析,仿真结果表明二级减振结构较单级减振结构在Z向和X向减振性能分别优化9.08%和24.22%,参数优化后的二级减振结构较优化前减振性能提高7.1%。