果树修剪机械装备的发展现状与趋势

林果整形修剪对实现果园通风透光、降低病虫害的发生几率、调节果品品质、稳定果品产量具有重要作用,是果园生产管理过程中尤为重要的一个环节,但其季节性强,需要劳动力多。为此,通过分析国内外修剪技术装备的研究与应用现状,论述了相关修剪机械的工作原理及现有修剪机械存在的问题,并分析了林果修剪机械的发展趋势。

小区播种机供种装置的技术研究现状及展望

供种装置是小区播种机的关键装置之一。为此,简述了国内外小区播种机配套的主要供种装置与技术研究现状。从供种装置的主要结构形式和供种方式出发,阐述了现有单漏斗式、中央锥斗式、弹匣式和新型弹匣式供种装置的工作原理、结构组成和前沿技术研究进展。同时,分析了当前国内外供种装置的研发现状,列举国内外具有代表性的小区播种机供种装置的研究成果,并结合国内供种装置发展现状展望了国内小区播种机配套供种装置的未来发展方向,为企业及研究人员了解国内小区播种机供种装置的技术研究现状提供一定的参考。

基于响应面分析下中草药移栽机的优化设计

通过响应面分析法对中草药移栽机进行优化设计,以提高中草药种植效率和质量。首先,选取移栽速度、移栽深度和移栽器械倾角3个因素作为设计变量,选取移栽成功率和移栽损伤率作为评价指标;在此基础上,设计了一个采用多种传感器组合的控制系统,采用模糊控制算法进行控制,并通过试验得到的数据进行响应面分析,得出了最优设计方案。研究结果表明:最优移栽速度为0.2 m/s,最优移栽深度为15 cm,最优移栽器械倾角为25°;通过优化设计,中草药移栽机的移栽成功率提高了11.8%,移栽损伤率降低了9.6%,取得了较好的效果。

智能精密播种机的优化设计

智能精密播种机是一种自动化的农业设备,可大幅提高种植效率、减少种植成本。但是,目前智能精密播种机依赖高精度的传感器、控制系统和算法来实现准确的种子投放和深度控制,需要较高的技术要求和技术支持,且对于一些不规则形状的种子或大粒小种的种子,适应性较差。为此,提出了一种智能精密播种机优化方案,并使用高精度传感器和控制系统实现多功能播种,控制种子的投放量和调整播种深度,使用节能设备模块化设计和使用易于更换的部件、数据分析功能和简单易用的用户界面。最后,通过田间试验进行功能性试验,结果表明:经过优化后的智能精密播种机播种变异系数≤5%,满足播种农艺要求,可以实现准确的种子投放和深度控制,避免种植密度不均匀和深度不一致等问题,从而提高种植效率和作物品质。

水稻软盘毯状苗分离机设计与试验

目前,水稻种植环节中育秧环节与移栽环节之间的水稻苗盘分离环节的机械化程度相较于其他环节较为薄弱。为提高水稻全程机械化作业水平,降低生产成本,设计了一种适用于水稻毯状苗与塑料软盘分离的机械装置,主要由输送机构、分离机构、扶苗机构、集苗机构、动力系统和机架组成。对装置的结构及工作原理进行了描述,分析确定各个机构的结构参数。以分离率、茎叶损伤率、基质损伤率为试验指标进行苗盘分离试验,结果表明:水稻软盘毯状苗分离机作业效果较好,分离成功率在95%以上,能够降低生产成本,提高生产效率;茎叶损伤率及基质损伤率均在3%以下,保证后续水稻毯状苗移栽工作的顺利进行,较小的茎叶损伤与基质损伤也保证了后续水稻生长过程中不会受到较大的影响,满足水稻育秧农艺要求和水稻工厂化技术规范要求。

甘薯移栽机作业工况监测系统设计与试验

针对目前我国甘薯裸苗移栽机存在作业状况难以实时监测分析的问题,设计了一种融合多种传感器的甘薯裸苗移栽监测系统,主要包括信息采集处理与远程监测两部分。以漫反射激光传感器、旋转编码器作为信息采集机构,以PLC作为信息处理与逻辑控制器,并结合DTU设备将移栽机作业工况实时发送至OneNet远程云平台,基于MIT APP Inventor开发了手机APP软件,通过手机访问OneNet云平台实现移栽信息远程查看与分析。对关键装置漏栽监测系统准确度进行了试验,结果表明:漏栽监测系统在3种移栽频率下,最高监测精度为98.45%,平均监测精度为98.15%,可以较好地满足甘薯裸苗移栽精确监测方面的要求。

气吸式圆盘白萝卜播种机设计与试验

针对目前白萝卜种子尺寸小、流动性差、形状不规则导致播种机吸种效果差、漏播率和重播率高等情况,设计了一款气吸式圆盘白萝卜播种机。通过对播种机结构组成和工作原理的分析,计算吸附单粒种子的受力情况,建立了力学模型,并得到单粒最小吸附负压值;通过各级链数转动比,确定了播种机地轮与排种器链数关系。通过对吸种过程DEM-CFD耦合仿真单因素试验,计算确定播种机中排种器关键结构参数最优范围,即排种盘转速为1~2 rad/s、风机负压为4~5 kPa、吸孔直径为2.4~2.8 mm;并在此基础上进行田间试验,以排种盘转速、风机负压、吸孔直径为试验因素,以播种间距合格率指标、漏播率指标、重播率指标为评价标准,进行三因素三水平正交试验。利用Design-Expert软件构造数学回归方程和响应曲面模型,分析了各个参数对播种合格率指标的影响变化,并利用软件最优化模块,确定了结构参数最优组合,即排种盘转速为1.3 rad/s、风机负压为4.6 kPa、吸孔直径为2.5 mm。田间试验结果表明:播种行距合格率指标为92.35%,漏播率指标为3.97%,重播率指标为3.68%,满足白萝卜精量播种的农艺要求。

电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土机设计与试验

为实现水稻育秧棚内机械化,针对现有育秧模式中秧盘摆放与底表土铺覆环节劳动强度大、生产效率低、作业时间长,以及现有秧盘摆放装置大多不适用于塑料软盘等问题,结合水稻育秧农艺要求,设计了一种电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土一体机。阐述了整机结构与摆盘覆土的基本原理,对覆土皮带与横向导轨进行了仿真分析,并验证了设计的合理性。以覆土量均匀性变异系数、覆土表面平整度、秧盘纵向整齐度和秧盘横向整齐度为试验指标进行田间试验,结果表明:电驱式单行水稻育秧盘摆盘覆土机作业效果较好,覆土量均匀性变异系数<3%,覆土表面平整度<2 mm,秧盘纵向横向整齐度均≤2 mm,满足水稻育秧农艺要求和水稻工厂化技术要求中对秧盘摆放与覆土的技术规范要求。

苜蓿小区育种气吸式排种器设计与试验

为提高苜蓿小区育种播种机械化水平,设计了一种苜蓿小区育种气吸式排种器。首先,阐述了排种器的结构和工作原理;接着,对排种器的主要结构参数进行理论计算,并分析排种器充种过程力学特性,找出影响排种效果的关键因素。为得到排种器的最佳性能参数,进行二次回归正交试验设计,以排种盘转速、工作压强、吸种孔数量为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为性能指标,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归方程分析和响应曲面分析,获得影响试验指标的各试验因素主次关系。研究结果表明:在排种器的最佳参数,排种盘转速24.2 r/min、吸种孔数量36个、工作压强3.7 kPa时,合格率92.81%,重播率3.35%,漏播率3.42%。验证试验表明:该排种器可以实现有效排种,可为后续研究提供理论基础,具有参考价值。

玉米免耕播种机振动特性及对排种器排种性能的影响

为研究玉米免耕播种机振动特性以及振动对排种器漏播指数和重播指数的影响,搭建一套由振动加速度传感器、电荷放大器、USB采集卡组成的播种作业振动测试系统,在玉米免耕播种机免耕地表作业时进行振动测试采集播种作业的振动信号。因田间工作环境复杂,使用经典滤波法中的IIR滤波器滤除所采集振动信号中其他高频干扰信号,对田间采集振动信号进行时域分析,均方值作为时域分析指标值。结果表明:振动加速度均方根随着作业速度和旋耕机转速的增加呈线性增加,旋耕机转速和作业速度是引起玉米免耕播种机振动的主要因素,影响顺序为:旋耕机转速>作业速度。使用二次积分法对田间采集信号进行分析,得出播种机作业时最大振动位移为16.004mm,对振动信号进行频域分析,使用直接法求出功率谱密度。结果表明:玉米免耕播种机振动频率主要在0~100Hz之间,频率分布与旋耕机转速影响较大。根据田间振动信号所得工作参数搭建振动试验台,以播种机振动频率、振动幅值、作业速度为试验因素,合格指数、漏播指数为评价指标进行3因素3水平响应面试验。结果表明:作业速度、振动幅值和振动频率对合格指数和漏播指数影响较为显著。各因素对合格指数影响顺序为:振动幅值、作业速度、振动频率;各因素对漏播指数影响顺序为:振动幅值、振动频率、作业速度。研究结果可为降低玉米免耕播种机振动和优化指夹式排种器提供理论参考。

玉米育种均格式锥体排种器仿真分析试验

针对玉米育种试验过程中出苗率低、现有条播排种器播种不均匀无法满足试验要求等问题,在现有条播排种器基础上进行优化设计;通过在锥体上增加均格的方式来提高排种均匀性,分析了锥体倾斜角度、均格数量和锥体转速对均格式锥体排种器排种性能的影响,并进行仿真试验。试验结果表明:在锥体转速为0.8 rad/s、锥体倾斜角为48.1°、锥体均格数量为30个时,排种性能最优,排种均匀性变异系数降为20.295%;影响排种均匀性的主次因素为锥体均格数量>锥体倾角>锥体转速。田间试验表明:对比无均格锥体排种器,优化后的均格式锥体排种器排种均匀性变异系数降低18.73%,排种器的排种性能显著提升,能够满足小区试验要求。

基于PSO-BP模糊PID的变距取苗机构控制系统设计

为满足番茄、辣椒等蔬菜作物的移栽需求,基于向下取苗原理设计了一种适用72穴和128穴两种主要番茄钵苗穴盘规格的变距取苗机构,通过建立数学模型获得了取苗机械手参数的目标函数,并利用粒子群和模拟退火混合算法对其结构参数进行优化。同时,为实现变距取苗机构的精确控制,提出了一种基于PSO-BP的模糊PID算法以提高控制精度,介绍了系统的结构与工作原理,并通过选型计算与分析建模建立了控制系统的数学模型。针对传统PID控制器稳定性差、响应速度慢等不足之处,利用PSO-BP模糊PID对控制器的参数进行在线调整,以满足控制过程中对参数的不同需求。仿真结果与试验数据的分析表明:在参数相同条件下,基于PSO-BP模糊PID控制系统系统稳定性更好、响应速度更快,具有良好的鲁棒性,提升取苗成功率的同时降低了基质损伤率,能够满足变距取苗机构高精度快速稳定控制的需求。

高精度小区播种机自校正系统研究

在小区育种试验的播种环节过程中,小区行长和间隔的精准控制尤为关键,现常用的控制方式为北斗定位系统控制和编码器控制,但目前民用的北斗定位模块经过差分处理后,基本上接收北斗卫星发送的信号频率只能达到20 Hz,造成整个控制过程不是连续的。根据编码器的基本原理可知,控制精度虽低于北斗卫星,但编码器两个脉冲发送间隔低于北斗定位系统接收频率。为此,将编码器与北斗定位系统相互融合,设计了一种高净度的小区播种机自校正系统。大量田间试验结果表明:所研究的小区播种机自校正系统能够将小区长度误差精度控制在0.67%以内,相较于传统的编码器和北斗定位模式而言精度大大提升。

吊篮式自走移栽机的设计

为保证丘陵地区秧苗实时移栽,提高移栽质量,阐述一种吊篮式自走移栽机行走装置和移栽机构的结构及工作原理。通过分析计算及1∶1的建模,验证行走装置的工作速度和结构布局形式,以及移栽机构各动作的协调性及栽苗质量。根据建模分析的结果,确定设计的主要参数,从而设计出行走机构装置主要部件轮架机构、主驱动变速箱机构、机架、升降机构、水平调节机构及控制装置等,移栽机构主要部件移栽变速箱机构、株距调节机构、曲柄连杆机构、鸭嘴移栽器、自动喂料机构等。通过样机试制和试验,结果表明:该机具可完成移栽株距(260~600 mm)、移栽深度(80~160 mm)可调的目标,工作效率高,同时具有结构合理紧凑、维护方便、操作简单等优点。

基于非线性分析的无线通信识别系统优化研究

为了进一步提升插秧机的通信效率及整机作业效率,以无线通信识别模块为研究对象,基于非线性分析控制理论展开优化研究。结合插秧机的作业环境特征和各组件协调作业特点,从通信信号的非线性处理和保证抗干扰能力角度入手,建立通信识别系统的非线性控制器模型,并针对系统的输入输出和接口模块完成电路控制与程序优化布局。同时,进行插秧作业通信监测验证试验,结果表明:此非线性分析应用机理下,插秧机作业的智能性与精准性得到显著提高,通过非线性控制实现了细致有效的数据计算分析,通信传输效率相对提升了5.69%,插秧深度合格率可达96.78%,满足智能插秧设计要求。

模糊PID玉米免耕机排种施肥控制方法研究

为了实现免耕机播种量和施肥量的精确控制,基于模糊PID控制,设计了控制系统。首先,建立排种量模型,以排种轴转速为控制量;其次,建立施肥量控制模型,分析排肥轴转速、排肥轴长度和免耕机前进速度对于排肥量误差的影响,选择排肥轴转速为控制量;再次,采用模糊PID控制的方法,对驱动电机进行调速,进而实现对排肥轴和排种轴转速的控制,完成排种量和排肥量的调整;最后,对系统进行测试。测试结果表明:电机转速从0调整到50 r/min的响应时间为0.8 s,施肥量变异系数分布区间为[2.6,4.1]。

两级升运链锥轴自卸式残膜捡拾机设计及试验

废膜残留于土壤会直接影响种子的出苗率和养分的吸收利用,同时会造成极大的白色污染。农田残膜的捡拾回收问题一直是困扰农技和农机人员的“顽疾”,传统滚筒式、鼠笼式、钉耙式等残膜捡拾回收机捡拾效果不理想、捡拾效率较低。为解决黄土高原全膜双垄沟播种模式下传统捡拾方法残膜拾净率低的问题,设计一种两级升运链锥轴自卸式残膜捡拾机。使用设计的起膜铲实现板结覆土下残膜的完整收集,设计两级升运链机构实现土块的筛分清理,通过自卸机构实现膜杂箱的快速释放,有效降低人工作业强度。结果表明,该残膜捡拾机具有优异的作业性能,更适用于黄土高原的全膜双垄沟的播种模式。两级升运链锥轴自卸式残膜捡拾机在各种播种模式下的残膜拾净率均稳定在95%左右。

基于粘合棚杆地膜的小拱棚铺膜机的设计与实验

旨在为小拱棚铺膜机的研发提供了一种新的研究方向与思路。设计时,使用一种带棚杆的复合地膜,即将棚杆按一定间隔事先粘接在地膜上,制作成一种特殊的地膜。这种地膜在铺膜机鸭嘴式拱形模具的压制下,将棚杆与地膜一起从鸭嘴式拱形模具中拉出并压入地膜两边开好的沟槽中,再经覆土、压实,完成小拱棚铺设工作。这种铺设方法的优点是铺设机械设备简单、价格低、铺设过程中棚杆的间距恒定、棚杆与地膜入土深度稳定、铺设过程能实现连续高效作业、铺设质量稳定,且操作简单、安全可靠;缺点是地膜与铺膜机必需是专用的、通用性差。

水稻穴盘秧苗钵体力学特性试验研究

以培杂泰丰杂交稻种为试验对象,在立体育秧温室培育穴盘秧苗。试验时苗龄28 d,钵体含水率35.76%~54.08%,仪器为TA-XT2i型质地分析仪。对穴盘苗钵体进行平板压缩、加卸载循环和蠕变试验研究,发现平板压缩变形约3.15 mm,抗压力随变形的变化趋势差异明显,压缩约4 mm,抗压力出现峰值上升变化陡点。当加载力为1、2、3、4和5 N,秧苗钵体平均蠕变量0.0055、0.0055、0.0056、0.0057和0.0059 mm。试验结果表明,钵体抗压力与变形呈非线性变动;平板压缩过程,钵体无明显屈服破坏点;苗钵体面对外界加卸载时表现较强塑变能力。选用Burgers模型能有效表征穴盘苗钵体压缩蠕变特性。分析多种稻种穴盘苗力学特性,结果发现不同穴盘苗钵体抗压力与变形关系遵循非线性曲线。该研究可为水稻移栽机设计优化提供理论参考。

创新创业背景下基于Android的自动控制播蒜机设计与应用

【目的】在创新创业的浪潮中,农业现代化成为推动乡村振兴的重要力量。武威市凉州区洪祥镇是远近闻名的大蒜种植基地,面临手工种植效率低下、机械化程度不高的挑战,旨在通过智能化技术提升大蒜种植的精准性与效率。【方法】通过集成操作便捷的Android系统、精准控制算法及高效机械结构,设计了一款高效、精准播种的播蒜机。该智能播蒜机采用模块化设计,集成了减速电流控制箱、播种器、智能控制箱、压种轮、穴播器、覆压轮等核心部件,通过计算机精准控制技术实现播种作业的全过程自动化。【结果】仿真结果表明,该播蒜机的平均作业速度达到4.2 km/h,显著高于传统人工种植的效率;界面布局直观,操作流畅,能够实时反馈设备的运行状态和播种进度;数据传输稳定,延迟低,丢包率几乎为零,满足了远程控制对实时性的要求;漏取种检测的成功率和补种成功率均达到了92%以上。【结论】该播蒜机解决了当前大蒜种植中的瓶颈问题,有利于推动农业现代化进程,助力农民增收与农村经济发展。