針對當前雜交水稻制種對機械化授粉裝備的迫切需求,設計了氣力式雜交水稻制種授粉機。首先對其關鍵部件授粉管建立了計算流體力學模型,進一步以授粉管內(nèi)徑、氣流出口長度與寬度為因素,以氣流出口流速變異系數(shù)、氣流覆蓋高度為指標,利用Design Expert軟件設計了三因素三水平的Box-Behnken仿真試驗,并對授粉管結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明:在授粉管內(nèi)徑為60～80 mm、氣流出口長度為100～200 mm、氣流出口寬度為4～10 mm的范圍內(nèi),授粉管內(nèi)徑、氣流出口寬度及授粉管內(nèi)徑與氣流出口寬度的交互作用、氣流出口長度與寬度的交互作用、氣流出口寬度平方對氣流出口流速變異系數(shù)影響極顯著（P<0.01）;授粉管內(nèi)徑、氣流出口長度與寬度及二者的交互作用、授粉管內(nèi)徑與寬度的交互作用對氣流覆蓋高度的影響極顯著（P<0.01）。授粉管較佳結(jié)構(gòu)為內(nèi)徑64.49mm,氣流出口長度、寬度分別為200.0、7.25 mm,此時出口氣流速度變異系數(shù)為9.10%,氣流覆蓋高度187.57 mm。為便于加工,選用授粉管內(nèi)徑61.5 mm的標準不銹鋼管,取氣流出口長度、寬度分別為200、7.5 mm并進行... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2020,36(18)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

氣力式雜交水稻制種授粉機授粉管結(jié)構(gòu)示意圖

為驗證仿真試驗結(jié)果的正確性，設計了驗證試驗平臺如圖6，主要由機架、授粉管、渦街流量計（型號：LUGB-MIK-DN65，量程：53～780 m3/h，精度等級：1.5級）、鼓風機（型號：CZR-LY80，額定流量1 080 m3/h）和流量閥等組成。授粉管為標準不銹鋼管，外徑63.5 mm（壁厚1 mm），氣流出口長度、寬度分別為200、7.5 mm；鼓風機為授粉管的氣源，利用渦街流量計測量管路中的空氣流量，并通過流量閥調(diào)節(jié)流速至計算設定值。試驗時按氣流出口平均流速21 m/s的設定值調(diào)節(jié)授粉管氣流量至設定流量，并沿氣流出口長度方向等間距選取30個測點，利用手持熱線式風速儀（型號：DT-8880，量程：0.1～25.0 m/s，精度：0.01 m/s）測量各測點氣流速度，并計算氣流速度變異系數(shù)。授粉管氣流出口流速設定為21 m/s時，檢測氣流出口長度方向等距分布的30個測點的氣流速度，并計算氣流速度平均值。重復測量3次，結(jié)果如表4。由表4知，授粉管氣流出口流速設定為21 m/s時，授粉管氣流出口平均流速測定值接近設定值，相差僅0.27～0.36 m/s，相對誤差為1.28%～1.71%，氣流出口流速較準確；同時，實際測量獲得的流速變異系數(shù)為8.83%～9.25%，與仿真結(jié)果（9.14%）相近，滿足授粉對氣流出口流速均勻、穩(wěn)定的要求。

氣力式雜交水稻制種授粉機由手扶動力底盤、授粉管、流速傳感器、鼓風機、升降機構(gòu)、蓄電池、控制器等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。授粉管用于輸出定向氣流，結(jié)構(gòu)均為L型，其垂直段上端為氣流入口并接鼓風機出口，水平段的前端封閉且為半球形分禾器；根據(jù)氣流流向要求，授粉管有側(cè)邊授粉管、中間授粉管、中央授粉管3種結(jié)構(gòu)型式，其中側(cè)邊授粉管、中間授粉管的水平段前部水平中心面一側(cè)開有氣流出口，中央授粉管的水平段前部水平中心面兩側(cè)均開有氣流出口。以中央授粉管為中心兩側(cè)依次設置中間授粉管、側(cè)邊授粉管，共5支授粉管均布安裝在支架上構(gòu)成授粉部件。升降機構(gòu)為絲桿滑塊機構(gòu)，固定在手扶動力底盤前中部，授粉部件安裝在升降機構(gòu)前部并可上下移動，使授粉管氣流出口位于父本穗部區(qū)域。流速傳感器伸入授粉管內(nèi)以實時獲取管內(nèi)氣流速度，各授粉管內(nèi)空氣流速通過控制器設定，控制器接收流速傳感器信號并控制各鼓風機，使授粉管內(nèi)氣流速度保持在設定值[22]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]涵道風扇式高地隙雜交水稻制種授粉機設計[J]. 周志艷,鐘伯平,劉愛民,何越,劉又夫,田麓弘,羅錫文,林宗輝.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2019(09)
[2]碰撞氣吹式雜交水稻授粉機結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化[J]. 王永維,何焯亮,陳軍,王俊,張羚玥,唐燕海.  浙江大學學報(農(nóng)業(yè)與生命科學版). 2018(01)
[3]單旋翼農(nóng)用無人機輔助雜交水稻制種授粉效果研究（英文）[J]. 劉愛民,張海清,廖翠猛,張青,肖層林,何菊英,張健勇,何研,李繼宇,羅錫文.  Agricultural Science & Technology. 2017(03)
[4]低溫寡日照條件下不同類型雜交稻品種的生態(tài)適應性[J]. 李敏,羅德強,江學海,周維佳,姬廣梅,王學鴻,李樹杏.  浙江大學學報(農(nóng)業(yè)與生命科學版). 2016(01)
[5]“擊穗氣吹式”雜交水稻制種授粉機授粉管優(yōu)化與試驗[J]. 王永維,唐晨,王俊,胡金冰,任奇鋒.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2015(03)
[6]旋翼式無人機授粉作業(yè)冠層風場分布規(guī)律[J]. 李繼宇,周志艷,蘭玉彬,胡煉,臧英,劉愛民,羅錫文,張鐵民.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2015(03)
[7]雜交水稻制種人工授粉方法研究[J]. 王帥,王福義,王麗.  農(nóng)業(yè)科技與裝備. 2013(10)
[8]無人油動力直升機用于水稻制種輔助授粉的田間風場測量[J]. 汪沛,胡煉,周志艷,楊維順,劉愛民,羅錫文,薛新宇,何杰,嚴乙桉.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2013(03)
[9]氣流作用位置對雜交水稻制種氣力式授粉花粉分布的影響(英文)[J]. 李中秋,湯楚宙,王慧敏,李明,黃震,方詩倫.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2012(S2)
[10]氣流速度對雜交水稻制種授粉花粉分布的影響[J]. 王慧敏,湯楚宙,李明,李中秋,黃震,吳明亮,何菊英,張海清.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2012(06)

博士論文
[1]雜交水稻制種氣力碰撞組合式授粉參數(shù)與特性研究[D]. 李中秋.湖南農(nóng)業(yè)大學 2015

碩士論文
[1]雜交水稻制種機械化授粉機研制[D]. 陳軍.浙江大學 2017
[2]擊穗氣吹式雜交水稻趕粉機授粉管結(jié)構(gòu)優(yōu)化與授粉試驗[D]. 唐晨.浙江大學 2015
[3]雜交水稻制種碰撞式授粉機理研究[D]. 黃震.湖南農(nóng)業(yè)大學 2013
[4]雜交水稻制種氣力式授粉機理的試驗研究[D]. 王慧敏.湖南農(nóng)業(yè)大學 2012



本文編號：3485162