小麦育种单穗电动脱粒机设计与试验

【目的】针对小麦育种单穗收获、采样工作量大、田间实时采样不便等问题,设计了一款便携式的小麦育种单穗电动脱粒机。【方法】单穗脱粒机采用了脱粒板和清选风机同轴、U型清选风道、清选风量调节可调的结构设计。确定了脱粒板结构、脱粒板转速,清选风机直径、叶片数及风机风速等参数。通过计算流体力学(compu-tational fluid dynamics,CFD)对最小进口风速5 m·s^(-1)、最大进口风速10 m·s^(-1)分别进行清选性能试验。由仿真可知清选区风速均小于小麦籽粒的悬浮速度,大于杂余的悬浮速度,都能够达到小麦清选的要求。利用离散元法(distinct element method,DEM),采用多尺度颗粒聚合的方法建立可脱粒小麦植株模型;通过仿真试验,分析小麦籽粒在脱粒机内的速度和位移随时间的变化规律,对滞种问题进行分析。【结果】为研究脱粒滚筒转速、喂入量、凹板筛间隙对脱粒机滞种的影响,设计3因素3水平正交试验,极差分析法结果表明,各因素于滞种率主次顺序依次为脱粒滚筒转速>喂入量>凹板筛间隙,其中滞种率最小的工作参数组合是滚筒转速为1000 r·min^(-1),喂入量为3穗·次^(-1),凹板筛间隙为6 mm。在小麦育种单穗电动脱粒机样基础上进行了试验验证。结果表明,脱粒机没有滞种现象,脱出籽粒含杂率为0.83%。【结论】小麦育种单穗电动脱粒机有良好的脱粒性能且无滞种问题,满足小麦育种单穗脱粒的要求。

基于碰撞特性的鲜食玉米摘穗装置对比试验

【目的】探究缓冲弹簧和柔性触穗表面两种摘穗机构在摘取果穗中的低损作用及机制。【方法】以传统玉米收获用板式摘穗机构和具有缓冲弹簧加柔性触穗表面的柔性摘穗机构为2种摘穗结构,以刚性触穗表面、柔性橡胶触穗表面、柔性发泡材料触穗表面为3种触穗表面,得出6种摘穗机构,进行鲜食玉米果穗碰撞试验,采集和分析碰撞时间、碰撞加速度峰值,计算碰撞冲量,统计籽粒破碎率。【结果】柔性摘穗机构能够有效降低鲜食玉米果穗受到的碰撞时间,从而降低鲜食玉米果穗的籽粒破碎率。缓冲弹簧可缩短鲜食玉米果穗的碰撞时间,当柔性摘穗机构表面为柔性橡胶和柔性发泡材料时,碰撞时间分别比板式摘穗机构降低了66.2%、70.1%和70.1%。碰撞冲量分别降低了67.6%、77.9%和79.7%。籽粒破碎率降低了71.2%、51.3%和83.6%。对于柔性摘穗机构,鲜食玉米果穗与柔性橡胶、柔性发泡材料触穗表面的碰撞时间比刚性触穗表面分别延长了58.7%和63.2%。碰撞加速度峰值分别降低了62.5%和68.7%。碰撞冲量分别降低了42.4%和54.5%。籽粒破碎率分别降低了47.4%和68.4%。【结论】通过降低收获过程中鲜食玉米果穗受到的碰撞时间和碰撞加速度,从而有效降低了鲜食玉米果穗的籽粒破碎率,为鲜食玉米低损收获机的研制提供理论依据和设计参考。

自走式烟叶采摘机采摘机构的设计与试验

烟叶采摘机一直受到烟叶破损率高问题的掣肘,从而影响烟农的经济效益,如何降低烟叶的破损率是目前烟叶采摘车的发展方向。为此,结合以前的烟叶采摘车,设计一种烟叶采摘机构,旨在降低烟叶的破损率,提高烟农的经济效益。所设计的采摘机构由采摘刀、传送辊、隔叶板及导流板等组成,采摘刀和传送辊均由橡胶材料制成,传送辊由橡胶辊和光轴组成,隔叶板和导流板均由钢板制作而成。通过对采摘刀和传送辊进行力学分析,得到了烟株不被采摘刀蹭倒和烟叶在传送辊不打滑的临界条件,为降低烟叶的破损率提供了理论依据。三因素(采摘刀的转速、采摘车的行驶速度、烟株的株距)正交旋转试验表明:采摘刀的转速为240~260r/min、采摘车的行驶速度为1.38~1.42km/h、株距为570~590mm时,烟叶的破损率符合大纲要求。试验结果表明:影响烟叶破损率因素的主次顺序为采摘刀的转速>采摘车的行驶速度>烟株的株距,在烟株的株距为579mm、采摘刀的转速为246r/min、烟叶采摘车的行驶速度为1.4km/h时,烟叶的破损率为9.36%,达到了预期要求。

基于深度学习的玉米田间杂草识别模型研究

【目的】针对现有田间杂草识别模型复杂、准确率不高等问题,研究玉米田间杂草识别算法,通过准确识别杂草图像,为提高田间杂草防控效果提供理论与技术支持。【方法】基于深度学习目标检测的方法,选取玉米田间4类常见杂草(早熟禾、藜、刺儿菜、莎草)作为试验数据集,建立了YOLOv3、YOLOv5、SSD目标检测模型,并进行了模型训练。【结果】YOLOv3模型的平均精准率为0.734,平均召回率为0.814,平均F1得分为0.789,mAP值为0.792;YOLOv5模型的平均精准率为0.914、平均召回率为0.967、平均F1得分为0.942、mAP值为0.961;SSD模型的mAP值为0.907。【结论】YOLOv5模型的mAP值为0.961,且其各项指标均优于YOLOv3和SSD目标检测模型。YOLOv5模型更适合用于作物田间精确除草的自动化作业。

基于ANSYS Workbench的联合收获机滚筒轴疲劳强度分析与优化

切纵轴流谷物联合收获机脱粒能力强、工作效率高,是未来收获行业的发展趋势。联合收获机在作业的过程中由于喂入量不稳定、物料层不均匀使得切流脱粒滚筒所受的交变载荷冲击较大,造成滚筒轴断裂。采用ANSYS Workbench对滚筒轴进行静力学和疲劳强度分析,得到实际作业过程中导致滚筒轴断裂失效的原因为疲劳断裂,然后对轴的结构和材料进行改进,改进后的轴最大应力值减小至原来的40.6%左右,疲劳寿命循环次数有了极大的提高,有效保障了联合收获机长时间的安全作业。

建设高水平农机装备技术研发与服务队伍

没有农业机械化,就没有农业农村现代化。习近平总书记指出,要把发展农业科技放在更加突出的位置,大力推进农业机械化、智能化,给农业现代化插上科技的翅膀。做好2023年和今后一个时期“三农”工作,要坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻落实党的二十大精神,深入贯彻落实习近平总书记关于“三农”工作的重要论述。

小麦宽苗带种沟镇压播种装置研制

为解决中国黄淮海地区小麦播种质量差的问题,该研究设计了一种能够构建优质种床结构的种沟镇压播种装置,利用挡板提高种沟的平整性,种子下落到种沟后镇压轮对种床进行镇压,让种子与土壤紧密接触,为种子建立上松下紧的种床环境。对种沟镇压装置受力情况与种沟形成原理进行分析,结合具体农艺需求,确定种沟镇压播种装置的主要参数取值范围:弹簧工作形变量30~70 mm,镇压轮相对高度10~50 mm,挡板相对高度0~100 mm。以播深合格率、播种深度稳定性系数、种沟坚实度为指标,利用Box-Behnken响应面设计建立种沟镇压播种装置关键参数的二次多项回归模型,得到种沟镇压播种装置最佳作业效果的参数:挡板相对高度56.6 mm、镇压轮相对高度22.4 mm、弹簧工作形变量48.2 mm。在最佳参数条件下与覆土镇压装置进行性能对比试验,结果表明,种沟镇压装置的播深变异系数比传统覆土镇压装置降低63.6%,50~100 mm深度土层土壤坚实度提高47 kPa,种沟平整度提高63%。研究结果可为中国黄淮海地区小麦播种提供装备支持和技术参考。

秸秆草捆灌装机设计与试验

为促进农作物秸秆的饲料化和肥料化应用,针对秸秆打捆收获后草捆灌装要求,研制了可移动的袋式草捆灌装机,由草捆推送机构、撑袋机构、传动系统和液压系统等部分组成。通过总体设计与草捆灌装过程分析,确定了各机构的关键结构参数。样机试验结果表明:在机架倾斜角3.26°、草捆推送速度0.15m/s、草捆尺寸Φ1000mm×1250mm(质量为107.6kg)条件下,生产率为22.19t/h,吨草耗油为0.213kg/t,灌装袋破损率为0.225%。作业时,持续装入的草捆在推送机构和撑袋机构作用下装入袋口,并经机架倾斜角度调节机构作用而平缓落地,灌装机在推送反作用力推动下向前移动,实现了草捆灌装循环作业。

基于EDEM小麦收获机清选损失监测试验装置设计

针对小麦损失监测传感器结构复杂、成本较高的问题,对收获机清选排杂口不同物料运动特性进行研究,揭示小麦与秸秆撞击敏感板的作用规律,从清选抛出物冲击敏感板的力学特性出发,设计一种小麦收获机清选损失监测试验装置。通过离散元分析软件EDEM分析小麦籽粒、50 mm秸秆、100 mm秸秆撞击敏感板产生的作用力,分析接触力变化曲线,证明可通过判断物料撞击敏感板产生的信号进行损失监测。为增强信号采集准确率,采用两片压电传感器串联的方式,增大损失信号。设计损失监测试验台机械结构及控制系统,使监测装置模拟收获机清选排杂过程且可以实时监测信号,有效提高监测效率。最后,通过不同高度物料运动损失监测试验,得出300 mm高度下传感器识别较为精准,对小麦籽粒的识别率达到98.4%,整体监测误差小于5%,损失监测试验装置能够达到设计目的和要求。

基于U-Net的田间小麦收获边界图像分割方法研究

【目的】对小麦收获麦田图像进行作业边界识别研究,避免小麦联合收获机作业中漏割、重割,减少收获作业损失,提高作业效率,缓解机手作业强度。【方法】提出一种基于U-Net语义分割模型的边界识别方法。该模型采用U型结构,左侧为主干特征提取部分,能够有效提取5个特征层信息;右侧为加强特征提取部分,可以有效提取已收获的麦茬区域和未收获的麦穗与植株区域特征信息。【结果】该模型可以准确对已收获的麦茬区域和未收获的麦穗与植株区域进行实时分割,实现了像素准确率94.96%、均交并比89.24%的精度结果。【结论】该方法对于光照,噪声等外界环境的干扰有较强的鲁棒性和泛化能力,为机手驾驶作业提供良好的辅助作用,保证了作业的安全性。

河南省“十四五”期间农机总动力预测研究

【目的】提高河南省农机总动力预测模型的精度,获得更加可靠的预测结果,为河南省“十四五”农业机械现代化及其发展规划提供支撑。【方法】基于河南省2017—2020年农机总动力的相关数据,通过建立预测模型,对“十四五”期间河南省农机总动力进行预测。针对线性回归模型存在的多重共线性问题,以及灰色模型只能表示单一序列的指数增长趋势的问题,建立了主成分回归预测模型和灰色回归预测模型,对两种模型预测结果精度进行对比分析。【结果】主成分回归预测模型和灰色回归预测模型的平均相对误差分别为0.0033%和0.0030%,灰色回归预测模型的预测精度较高。通过构建的灰色回归模型对未来时期河南省农机总动力进行预测,预测值分别为10538.81×10^(4)、10591.08×10^(4)、10627.67×10^(4)、10653.28×10^(4)、10670.21×10^(4) kW。灰色回归预测模型对2021年河南省农机总动力的预测值与实际值相对误差为1.04%,误差值较小。【结论】通过模型预测数据可以看出,“十四五”期间,河南省农机总动力增长趋于平缓,部分落后农机具将逐步被农机市场淘汰,大马力、效率高、功能更全面的机具将填补这部分市场缺口,河南省农机发展将进入全面的高质量、高效发展阶段。

果树农药精确喷雾技术

精确喷雾是以最低农药喷施成本和对环境的最小影响实现田间生态平衡。该文从基于地图和传感器以及机器视觉和图像处理三个方面综述了这一技术的研究进展。由传感器构成的喷雾控制器和果园喷雾机组成果园果树精确喷雾系统,在果园喷雾中调整喷雾参数,根据特定果树树冠的位置、形状针对性喷雾,实现对农药喷雾量的控制。近些年来,果树农药精确喷雾技术有较大的发展和各种不同形式应用。文章介绍了各项技术发展和实际应用效果。

基于超声波传感器和DGPS的果树冠径检测

为实现果园果树的仿形精确喷雾,适时获取果树冠径信息,采用超声波传感器,GPS接受机和电子罗盘等在拖拉机上建立了一套果树冠径检测试验系统。并在室外对5个圆柱规则外形树冠进行了检测试验。试验分别采用4种树冠直径检测计算方法,并选择0.31 m/s和0.65 m/s两种不同拖拉机行驶速度进行检测。采用误差分析的方法检验果树冠径检测系统的实际检测效果。误差分析表明拖拉机分别以0.31 m/s和0.65 m/s速度行驶时,应用超声波探测果树树冠两个轮廓边缘计算5个树冠直径的平均相对误差分别为5.54%和5.80%。用电子罗盘和DGPS数据进行加权平均融合修正拖拉机行驶轨迹,由超声波检测到的果树两个轮廓边缘的位置信息计算果树直径,在两种检测速度下的平均相对误差为14.38%。研究结果为果树仿行喷雾控制和果园果树生长信息采集提供了技术方法。

小麦植株建模与单纵轴流物料运动仿真与试验

针对单纵轴流小麦联合收获机物料输送中出现的堵塞问题,对小麦在螺旋输送器、倾斜输送器和脱粒滚筒螺旋喂入头中的输送过程进行理论分析,确定了影响小麦输送性能的主要因素及参数范围;利用EDEM软件建立了收获期小麦植株离散元模型,并采用EDEMRecurdyn耦合的方法,构建了小麦从螺旋输送器喂入、经倾斜输送器,直至到达脱粒滚筒的输送系统仿真体系,分析了小麦在连续输送过程中的迁移规律、轴向速度和局部物料质量流率变化情况。以喂入量、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速和脱粒滚筒转速为试验因素,以物料输送时间为试验指标,进行四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验,结果表明:各因素对输送时间的影响由大到小依次为喂入量、脱粒滚筒转速、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速;当喂入量为7.52 kg/s、螺旋输送器转速为308 r/min、倾斜输送器主动轴转速为369 r/min、脱粒滚筒转速为1083 r/min时,输送时间为6.37 s,输送时间最短,采用高速摄影技术拍摄物料输送情况,结果表明试验与仿真模拟误差为4.08%,验证了数值仿真结果的可靠性,为解决单纵轴流联合收获机输送系统的堵塞问题提供了理论依据。

基于EDEM的收获期小麦植株离散元参数标定

针对小麦机械化收获中物料运动离散元仿真缺乏准确模型的问题,以收获期小麦为研究对象,基于Hertz-Mindlin with bonding模型,利用EDEM仿真软件提出一种多尺度颗粒聚合构建收获期小麦植株离散元模型的方法。采用高速摄影技术,开展了小麦茎秆离散元仿真模型参数标定研究。结果表明,茎秆与钢板之间的碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.68、0.32和0.012,仿真结果与实测值相对误差分别为4.2%、6.9%和5.0%。茎秆与茎秆之间的静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.38和0.01,仿真结果与实测值相对误差为1.2%。采用EDEM-Recurdyn耦合的方法进行了不同喂入量下的物料运动仿真试验,并进行了台架试验验证,结果表明不同喂入量的仿真与台架试验误差均小于5%。

户营农机与农机经济合作组织的发展

回顾了中国户营农机发展的历程,研究了在户营农机发展中出现的农机专业大户和农机经济合作组织这两种农机服务形式的发展过程、现状及其存在的问题,提出在农村产业结构的逐步调整和农业机械化的快速推进中扶持发展农机专业大户、鼓励和引导户营农机走经济合作之路、促进农业机械共同利用的政制措施。

果园农药喷雾机监测系统的研究

为提高果园中小型机动农药喷雾机的喷雾效果,以单片机为核心,采用压力传感器、流量传感器、速度传感器和液位传感器,研制了果园机动农药喷雾机监测系统.该系统可实时监测喷施农药过程中的喷雾压力、喷雾流量、喷雾机行走速度和药桶药液余量4个主要参数.试验结果表明,系统具有较高的可靠性和测量精度.

果树农药对靶喷雾药液沉积分布研究

为实现果树农药精确喷雾,减小农药在果树以外的沉积损失,降低果树农药喷雾对环境的影响,采用喷雾试验台对果树对靶喷雾中水平安放的空圆锥型喷嘴的喷雾药液沉积分布进行试验研究.建立了药液沉积对数概率分布模型,计算了喷雾药液沉积范围.分析了喷雾药液沉积距离随喷雾压力,喷雾速度变化的规律,为对靶喷雾的参数选择提供依据.

农业机械定周期维修的可靠性边界条件

应用可靠性理论对农业机械定周期维修的适用性进行综合分析 ,讨论了维修周期的确定方法和定周期维修的适应性 ,提出了农业机械定周期维修的可靠性边界条件及计算方法 。

农业新科技革命与农业产学研合作教育

农业新科技革命对高等教育发展具有很大影响,农业教育中产学研合作的意义深远,目前我国农业教育产学研合作面临解决知识与技能脱节的问题、加速农业科技推广和提高科技成果转化率等艰巨的任务。