【摘 要】
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果品产业是我国农业农村经济的重要组成部分,是地方脱贫攻坚的重要依托产业。近年来,随着全球气候的变化,低温霜冻灾害成为北方果园主要自然灾害之一,严重影响和阻碍着果品产业的发展。以山东省为例,作为北方水果生产大省,省内丘陵山地是主要的果树种植基地,但受地形条件影响,果园管理机械化水平较低,果园防霜主要以人工作业为主,劳动强度大、作业效率低、人工成本高,难以满足丘陵果园防霜保护的需要。因此,果园防霜机械
【基金项目】
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十三五国家重点研发计划（2018YFD0700604,2016YFD0701701）； 山东省现代农业产业技术体系创新团队专项—果品创新团队专项资金（SDAIT-06-12,SDAIT-06-1）； 山东农业大学“双一流”科技创新团队专项（SYL2017XTTD07）；
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果品产业是我国农业农村经济的重要组成部分,是地方脱贫攻坚的重要依托产业。近年来,随着全球气候的变化,低温霜冻灾害成为北方果园主要自然灾害之一,严重影响和阻碍着果品产业的发展。以山东省为例,作为北方水果生产大省,省内丘陵山地是主要的果树种植基地,但受地形条件影响,果园管理机械化水平较低,果园防霜主要以人工作业为主,劳动强度大、作业效率低、人工成本高,难以满足丘陵果园防霜保护的需要。因此,果园防霜机械设备的研制与应用对降低丘陵果园霜冻灾害损失,提升丘陵果园经济效益具有重要的意义。本文以丘陵果园为研究对象,基于丘陵果园防霜冻的农艺要求,结合计算机数值模拟与自动控制技术,研制了一台基于丘陵果园输运轨道的烟雾防霜机,并进行田间试验。本文主要研究内容及结论如下:（1）以丘陵果园为研究对象,根据丘陵果园地形特征及果树种植特点,确定防霜机的整体设计方案。以丘陵果园输运轨道牵引车为动力装置,以高浓度烟雾为防霜保护介质,完成丘陵果园烟雾防霜机的关键部件包括发动机、传动系统、轨道结构和啮合机构的选型与设计。同时,利用ADAMS软件对啮合机构进行动力学仿真分析,仿真结果表明,驱动销轮与轨道齿条啮合连续性良好,当啮合机构运行速度为749.98mm/s、负载转矩为120935 N·mm时,销齿与齿条啮合产生的接触力Fx平均值为2401.88 N,与理论值的误差为5.12%,啮合机构的虚拟样机动力学分析可靠。（2）采用Fluent软件,基于离散相模型对烟雾扩散过程中烟雾质量浓度和温度的时空分布特性进行仿真分析。研究表明,烟雾从出口处以6 m/s的速度持续喷发,受环境中风流方向的影响,沿水平方向扩散;在1～7 s内,烟羽体积逐渐增大,烟羽外形呈倒V形,9 s后,烟雾达到稳定扩散状态;扩散过程中,高温烟雾主要集中在烟羽中心处,随着烟羽体积的增加,烟雾与环境中的冷空气不断发生热量交换,烟雾温度逐渐降低至环境温度。（3）基于建立的烟雾扩散仿真模型,以烟雾出口速度、烟雾出口角度、烟雾出口直径三个工作参数为试验因素,以果树冠层附近的增温幅度为指标,进行虚拟正交试验。试验表明,果树冠层附近增温幅度最大时,防霜机烟雾出口处工作参数的最佳组合为烟雾出口速度为10 m/s,烟雾出口角度为60°,烟雾出口直径为140 mm。同时,进一步探究烟雾出口处工作参数对烟雾扩散的影响,为防霜机烟雾出口处的结构设计提供理论支持。（4）为提高丘陵果园烟雾防霜机的自动化程度,以三菱FX1N-24MT型PLC为主控制器,设计了烟雾防霜机牵引车控制系统和烟雾发生输送控制系统。通过变换供电线路的正负极性,实现电动推杆的伸长与收缩,完成牵引车档位的实时切换;通过遥控器触发烟雾发生剂引燃模块及风机启动模块,实现烟雾的发生与输送作业。（5）田间试验结果表明,防霜机以0.6 m/s的运行速度连续作业0.5 h,可将工作区域1.5～4 m高度范围内的气温提升约1.7℃。防霜机作业后,果树冠层附近形成较为浓厚的烟幕层,有效地减缓冷空气的下降速度,减少果园的热辐射散失,能够为果园提供有效的霜冻保护。
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