Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 多能源互补驱动低能耗喷灌机系列产品研发与应用 | |
| 吴普特 | |
| 完成单位 | 西北农林科技大学 |
| 登记(发布)日期 | 2018 |
| 中文摘要 | 一、项目背景和意义 水是影响我国农村、农业经济发展的重要因素,灌溉设备是我国农业灌溉的必要组成部分。长期以来,卷盘式喷灌机和轻小型平移式喷灌机在我国农业灌溉中发挥了重要作用。2015年中国市场供销的卷盘式喷灌机就超过2万台,多于全球其它市场的总和。但是传统的喷灌机存在机组能耗较高、灌溉质量较差、机组配套产品严重缺乏等问题,造成不必要的资源浪费,另外,在我国,特别在一些偏远地区,大部分农田配套的电力设施不到位,难以寻找合适的动力来源,进一步制约了喷灌机组的推广应用。 针对上述问题,项目组在“十二五”国家科技支撑计划、水利部948项目和国家工程技术研究中心再建项目等项目的支持下,历时8年系统研究和联合攻关,创新性地将太阳能光伏技术与喷灌技术相结合,研发创制出由太阳能驱动精准喷灌系统和相关配套产品,实现了系统能耗降低和灌水均匀度提高,解决了旱区农田灌溉中能源供给困难和水资源不足的问题,提高了干旱地区作物产量,取得了显著的经济、生态和社会效益,为改善我国苹果产业品种结构,实现苹果的轻简化栽培提供强有力的技术保障。 二、成果主要创新点 1. 创建了低能耗移动式喷灌机组,使机组整体运行能耗降幅达到30%,有效解决了传统移动式喷灌机组运行能耗高的行业难题。发明了一种移动式喷灌机组太阳能驱动装置,替代传统水涡轮驱动,使机组能耗降低8%-15%,同时优化配置模型,可根据地理位置和作物灌溉制度,确定最优的光伏板输出功率和蓄电池容量。构建了移动喷洒水量分布和打击动能分布计算模型,实现了对机组入机压力的优化,使得喷灌机组入机压力降幅达到10%-20%。开发出两种水滴破碎程度高、移动喷洒均匀度高的低压折射式喷头,与市场上现有的喷头相比,工作压力由10m降低到5m,峰值喷灌强度降低了50%以上。建立喷头桁架结构优化模型,依次研制出轻量化桁架结构,使机组能耗降低3%。 2. 发明了移动式喷灌机组精准灌溉、导航和自动行走控制装置,实现了精量灌溉,使灌水均匀度达到85%。创建了基于土壤水分的行走速度控制技术和卷管层间差速补偿技术,实现均匀精准灌溉,使喷洒均匀度不低于85%。建立喷灌机组多源传感器融合导航模型,顾及转向方式构建了四轮差速转向的运动学模型及路径模糊控制决策算法,实现了喷灌机组多源传感器精准、连续组合导航,路径横向偏移量不超过0.3m。同时,开发了机组的驱动控制系统和安全保护系统,实现了喷灌机的正反转控制、同步控制、定点停机、末端喷枪控制和自动停机/逆向控制等功能,以及灌水过量、接地故障、电源缺相、过压和过流等保护。 3. 开发了太阳能驱动卷盘式和平移式喷灌机组2种灌溉设备与3种配套产品。其中太阳能驱动卷盘式喷灌机机组整体运行能耗降幅达到30%左右,喷洒均匀度不低于85%。太阳能驱动渠喂式喷灌机机组运行能耗降幅达30%以上,控制精度达96.9%,灌溉均匀性达到90%。太阳能牵引机解决了传统卷盘式喷灌机拖拉机牵引费时费力、毁田压苗等问题。太阳能驱动智能化施肥装置解决了传统卷盘式喷灌机配套施肥装备匮乏、施肥精度低等问题。研发的配套多功能田间管理机集成加压装置、施肥装置、牵引装置、油光互补供电系统,水泵效率可达70%以上;通过油光互补系统,将喷灌作业亩耗油量降至1.2L左右;通过施肥装置实现了喷洒作业的水肥一体化;此外管理机可充当牵引拖拉机,形成移动式抗旱车。该产品与卷盘式喷灌机联合使用,形成了移动灵活的抗旱喷灌系统,大幅扩大了卷盘式喷灌机的适用范围。 成果获授权专利14项,制定地方标准2项,出版专著1部,发表学术论文45篇,SCI/EI收录30篇。成果已在内蒙古、宁夏、陕西、黑龙江、吉林等地进行推广示范,累计推广面积8.74万亩,节水674.7万m3,节水效益269.9万元,累计增产效益3839.2万元,新增税收139.3万元,产生了良好的经济和社会效益。 |
| 中文关键词 | 多能源驱动 ; 喷灌机组 ; 产品研发 |
| 成果类型 | 应用技术 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S277.94 |
| URL | http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001116526 |
| 来源机构 | 西北农林科技大学 |
| 资源类型 | 成果 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243972 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴普特. 多能源互补驱动低能耗喷灌机系列产品研发与应用[Z]. 应用技术,2018. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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