气力式杂交水稻制种授粉机授粉管结构参数优化
发布时间：2021-11-09 10:31
针对当前杂交水稻制种对机械化授粉装备的迫切需求,设计了气力式杂交水稻制种授粉机。首先对其关键部件授粉管建立了计算流体力学模型,进一步以授粉管内径、气流出口长度与宽度为因素,以气流出口流速变异系数、气流覆盖高度为指标,利用Design Expert软件设计了三因素三水平的Box-Behnken仿真试验,并对授粉管结构参数进行优化。结果表明:在授粉管内径为60～80 mm、气流出口长度为100～200 mm、气流出口宽度为4～10 mm的范围内,授粉管内径、气流出口宽度及授粉管内径与气流出口宽度的交互作用、气流出口长度与宽度的交互作用、气流出口宽度平方对气流出口流速变异系数影响极显著（P<0.01）;授粉管内径、气流出口长度与宽度及二者的交互作用、授粉管内径与宽度的交互作用对气流覆盖高度的影响极显著（P<0.01）。授粉管较佳结构为内径64.49mm,气流出口长度、宽度分别为200.0、7.25 mm,此时出口气流速度变异系数为9.10%,气流覆盖高度187.57 mm。为便于加工,选用授粉管内径61.5 mm的标准不锈钢管,取气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm并进行...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
气力式杂交水稻制种授粉机授粉管结构示意图
为验证仿真试验结果的正确性，设计了验证试验平台如图6，主要由机架、授粉管、涡街流量计（型号：LUGB-MIK-DN65，量程：53～780 m3/h，精度等级：1.5级）、鼓风机（型号：CZR-LY80，额定流量1 080 m3/h）和流量阀等组成。授粉管为标准不锈钢管，外径63.5 mm（壁厚1 mm），气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm；鼓风机为授粉管的气源，利用涡街流量计测量管路中的空气流量，并通过流量阀调节流速至计算设定值。试验时按气流出口平均流速21 m/s的设定值调节授粉管气流量至设定流量，并沿气流出口长度方向等间距选取30个测点，利用手持热线式风速仪（型号：DT-8880，量程：0.1～25.0 m/s，精度：0.01 m/s）测量各测点气流速度，并计算气流速度变异系数。授粉管气流出口流速设定为21 m/s时，检测气流出口长度方向等距分布的30个测点的气流速度，并计算气流速度平均值。重复测量3次，结果如表4。由表4知，授粉管气流出口流速设定为21 m/s时，授粉管气流出口平均流速测定值接近设定值，相差仅0.27～0.36 m/s，相对误差为1.28%～1.71%，气流出口流速较准确；同时，实际测量获得的流速变异系数为8.83%～9.25%，与仿真结果（9.14%）相近，满足授粉对气流出口流速均匀、稳定的要求。
气力式杂交水稻制种授粉机由手扶动力底盘、授粉管、流速传感器、鼓风机、升降机构、蓄电池、控制器等组成，结构如图1所示。授粉管用于输出定向气流，结构均为L型，其垂直段上端为气流入口并接鼓风机出口，水平段的前端封闭且为半球形分禾器；根据气流流向要求，授粉管有侧边授粉管、中间授粉管、中央授粉管3种结构型式，其中侧边授粉管、中间授粉管的水平段前部水平中心面一侧开有气流出口，中央授粉管的水平段前部水平中心面两侧均开有气流出口。以中央授粉管为中心两侧依次设置中间授粉管、侧边授粉管，共5支授粉管均布安装在支架上构成授粉部件。升降机构为丝杆滑块机构，固定在手扶动力底盘前中部，授粉部件安装在升降机构前部并可上下移动，使授粉管气流出口位于父本穗部区域。流速传感器伸入授粉管内以实时获取管内气流速度，各授粉管内空气流速通过控制器设定，控制器接收流速传感器信号并控制各鼓风机，使授粉管内气流速度保持在设定值[22]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机设计[J]. 周志艳,钟伯平,刘爱民,何越,刘又夫,田麓弘,罗锡文,林宗辉. 农业工程学报. 2019(09)
[2]碰撞气吹式杂交水稻授粉机结构与参数优化[J]. 王永维,何焯亮,陈军,王俊,张羚玥,唐燕海. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2018(01)
[3]单旋翼农用无人机辅助杂交水稻制种授粉效果研究（英文）[J]. 刘爱民,张海清,廖翠猛,张青,肖层林,何菊英,张健勇,何研,李继宇,罗锡文. Agricultural Science & Technology. 2017(03)
[4]低温寡日照条件下不同类型杂交稻品种的生态适应性[J]. 李敏,罗德强,江学海,周维佳,姬广梅,王学鸿,李树杏. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2016(01)
[5]“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验[J]. 王永维,唐晨,王俊,胡金冰,任奇锋. 农业工程学报. 2015(03)
[6]旋翼式无人机授粉作业冠层风场分布规律[J]. 李继宇,周志艳,兰玉彬,胡炼,臧英,刘爱民,罗锡文,张铁民. 农业工程学报. 2015(03)
[7]杂交水稻制种人工授粉方法研究[J]. 王帅,王福义,王丽. 农业科技与装备. 2013(10)
[8]无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量[J]. 汪沛,胡炼,周志艳,杨维顺,刘爱民,罗锡文,薛新宇,何杰,严乙桉. 农业工程学报. 2013(03)
[9]气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布的影响(英文)[J]. 李中秋,汤楚宙,王慧敏,李明,黄震,方诗伦. 农业工程学报. 2012(S2)
[10]气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响[J]. 王慧敏,汤楚宙,李明,李中秋,黄震,吴明亮,何菊英,张海清. 农业工程学报. 2012(06)
博士论文
[1]杂交水稻制种气力碰撞组合式授粉参数与特性研究[D]. 李中秋.湖南农业大学 2015
硕士论文
[1]杂交水稻制种机械化授粉机研制[D]. 陈军.浙江大学 2017
[2]击穗气吹式杂交水稻赶粉机授粉管结构优化与授粉试验[D]. 唐晨.浙江大学 2015
[3]杂交水稻制种碰撞式授粉机理研究[D]. 黄震.湖南农业大学 2013
[4]杂交水稻制种气力式授粉机理的试验研究[D]. 王慧敏.湖南农业大学 2012
本文编号：3485162
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(18)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
气力式杂交水稻制种授粉机授粉管结构示意图
为验证仿真试验结果的正确性，设计了验证试验平台如图6，主要由机架、授粉管、涡街流量计（型号：LUGB-MIK-DN65，量程：53～780 m3/h，精度等级：1.5级）、鼓风机（型号：CZR-LY80，额定流量1 080 m3/h）和流量阀等组成。授粉管为标准不锈钢管，外径63.5 mm（壁厚1 mm），气流出口长度、宽度分别为200、7.5 mm；鼓风机为授粉管的气源，利用涡街流量计测量管路中的空气流量，并通过流量阀调节流速至计算设定值。试验时按气流出口平均流速21 m/s的设定值调节授粉管气流量至设定流量，并沿气流出口长度方向等间距选取30个测点，利用手持热线式风速仪（型号：DT-8880，量程：0.1～25.0 m/s，精度：0.01 m/s）测量各测点气流速度，并计算气流速度变异系数。授粉管气流出口流速设定为21 m/s时，检测气流出口长度方向等距分布的30个测点的气流速度，并计算气流速度平均值。重复测量3次，结果如表4。由表4知，授粉管气流出口流速设定为21 m/s时，授粉管气流出口平均流速测定值接近设定值，相差仅0.27～0.36 m/s，相对误差为1.28%～1.71%，气流出口流速较准确；同时，实际测量获得的流速变异系数为8.83%～9.25%，与仿真结果（9.14%）相近，满足授粉对气流出口流速均匀、稳定的要求。
气力式杂交水稻制种授粉机由手扶动力底盘、授粉管、流速传感器、鼓风机、升降机构、蓄电池、控制器等组成，结构如图1所示。授粉管用于输出定向气流，结构均为L型，其垂直段上端为气流入口并接鼓风机出口，水平段的前端封闭且为半球形分禾器；根据气流流向要求，授粉管有侧边授粉管、中间授粉管、中央授粉管3种结构型式，其中侧边授粉管、中间授粉管的水平段前部水平中心面一侧开有气流出口，中央授粉管的水平段前部水平中心面两侧均开有气流出口。以中央授粉管为中心两侧依次设置中间授粉管、侧边授粉管，共5支授粉管均布安装在支架上构成授粉部件。升降机构为丝杆滑块机构，固定在手扶动力底盘前中部，授粉部件安装在升降机构前部并可上下移动，使授粉管气流出口位于父本穗部区域。流速传感器伸入授粉管内以实时获取管内气流速度，各授粉管内空气流速通过控制器设定，控制器接收流速传感器信号并控制各鼓风机，使授粉管内气流速度保持在设定值[22]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机设计[J]. 周志艳,钟伯平,刘爱民,何越,刘又夫,田麓弘,罗锡文,林宗辉. 农业工程学报. 2019(09)
[2]碰撞气吹式杂交水稻授粉机结构与参数优化[J]. 王永维,何焯亮,陈军,王俊,张羚玥,唐燕海. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2018(01)
[3]单旋翼农用无人机辅助杂交水稻制种授粉效果研究（英文）[J]. 刘爱民,张海清,廖翠猛,张青,肖层林,何菊英,张健勇,何研,李继宇,罗锡文. Agricultural Science & Technology. 2017(03)
[4]低温寡日照条件下不同类型杂交稻品种的生态适应性[J]. 李敏,罗德强,江学海,周维佳,姬广梅,王学鸿,李树杏. 浙江大学学报(农业与生命科学版). 2016(01)
[5]“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验[J]. 王永维,唐晨,王俊,胡金冰,任奇锋. 农业工程学报. 2015(03)
[6]旋翼式无人机授粉作业冠层风场分布规律[J]. 李继宇,周志艳,兰玉彬,胡炼,臧英,刘爱民,罗锡文,张铁民. 农业工程学报. 2015(03)
[7]杂交水稻制种人工授粉方法研究[J]. 王帅,王福义,王丽. 农业科技与装备. 2013(10)
[8]无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量[J]. 汪沛,胡炼,周志艳,杨维顺,刘爱民,罗锡文,薛新宇,何杰,严乙桉. 农业工程学报. 2013(03)
[9]气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布的影响(英文)[J]. 李中秋,汤楚宙,王慧敏,李明,黄震,方诗伦. 农业工程学报. 2012(S2)
[10]气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响[J]. 王慧敏,汤楚宙,李明,李中秋,黄震,吴明亮,何菊英,张海清. 农业工程学报. 2012(06)
博士论文
[1]杂交水稻制种气力碰撞组合式授粉参数与特性研究[D]. 李中秋.湖南农业大学 2015
硕士论文
[1]杂交水稻制种机械化授粉机研制[D]. 陈军.浙江大学 2017
[2]击穗气吹式杂交水稻赶粉机授粉管结构优化与授粉试验[D]. 唐晨.浙江大学 2015
[3]杂交水稻制种碰撞式授粉机理研究[D]. 黄震.湖南农业大学 2013
[4]杂交水稻制种气力式授粉机理的试验研究[D]. 王慧敏.湖南农业大学 2012
本文编号：3485162
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