2BP-2000型水稻育秧播种机分盘装置研制

针对现有育秧播种机分盘装置生产效率较低、高速作业时易出现卡盘和秧盘输送不连续等问题,该研究设计了一种生产效率不低于2000盘/h的机械气动式自动分盘装置,可快速、准确完成分盘和供盘,适配2BP-2000型水稻育秧播种机高速播种。阐述了分盘装置的基本结构和工作原理,开展分盘、接盘过程分析,确定装置稳定分盘、接盘作业的关键机构与工作参数。分盘稳定性试验结果表明,生产率为1600~2000盘/h时,分盘稳定性不低于98.67%。开展以层叠秧盘数、生产率和秧盘质量为试验因素,以接盘成功率为试验指标的三因素三水平正交旋转组合试验,得到影响接盘成功率的因素主次关系为生产率、层叠秧盘数、秧盘质量,其中生产率、层叠秧盘数对接盘成功率影响显著(P<0.05),秧盘质量对接盘成功率影响不显著(P≥0.05),表明分盘装置对不同质量的秧盘适应性较好,其最优参数组合为:生产率2000盘/h、层叠秧盘数6盘/层、秧盘质量750 g/盘,该条件下分盘装置的接盘成功率均值为98.43%,与预测值仅相差0.29个百分点。研究结果对提高水稻硬盘育秧播种机械化水平具有实用价值。

蔬菜泡沫育苗盘多适应性自动叠盘装置设计与试验

为了提高蔬菜育苗流水线育苗盘转运效率,针对人工取盘叠放存在的劳动强度大和整齐度偏低的问题,设计了一款针对蔬菜漂浮育苗的多适应性自动叠盘装置。该装置由机架、育苗盘输送机构、育苗盘叠盘机构和控制系统组成,装置以200Smart PLC为控制核心,利用主副传送带实现育苗盘的输送,并结合光电传感器实现育苗盘的定位,可以完成不同尺寸泡沫育苗盘的自动叠盘,设计的水平调节单元和减振单元可实现育苗盘在叠盘机构上的水平位置调节并降低叠盘过程的振动冲击。试验结果表明,育苗流水线播种环节在生产率450盘/h下,自动叠盘装置在减振弹簧线径为1.5 mm、主副传送带速度差为0.1 m/s以及电缸升降速度为0.13 m/s时,200孔穴育苗盘叠盘效果最佳,叠盘成功率为100%,叠盘错位差方差为2.32 mm^(2),同时振动检测试验中育苗盘X轴、Y轴、Z轴方向的振幅均未超过0.8 mm,更换135、160孔穴的泡沫育苗盘进行试验,叠盘成功率均为100%,叠盘错位差方差分别为3.94 mm^(2)和5.98 mm^(2),说明该装置满足多适应性的要求。在此最优作业参数下,将育苗流水线播种环节生产率提升至900盘/h时,育苗盘最大振幅为0.709 mm,振幅无明显变化,说明该装置作业稳定性较好。该研究结果可为播种流水线叠盘装置提高叠盘效果和降低叠盘振动等研究提供参考。

基于改进YOLOX的自然环境下辣椒果实检测方法

针对不同光照、枝叶遮挡和果实遮挡条件下模型适应能力差和检测精度较低的问题,该研究提出了一种基于YOLOX的改进辣椒果实检测模型YOLOX_Pepper。首先,在YOLOX特征融合网络中添加融合高效通道CA(coordinate attention)注意力机制,提升不同光照条件下模型捕捉辣椒果实关键特征的能力;其次,将主干网络特征聚合模块中的卷积模块替换为可变形卷积DCNv2(deformable convnets v2),提升了模型对不同遮挡情况下辣椒多样几何特征的感知能力。试验结果表明,改进的YOLOX_Pepper模型平均检测精度为93.30%,与Faster R-CNN、YOLOv5、YOLOv7以及YOLOX相比,分别提高了3.99、1.58、3.19和2.84个百分点,F1分数为96%。改进的YOLOX_Pepper模型对自然环境不同光照和遮挡条件的辣椒果实均能进行准确快速的检测。该方法可为辣椒智能化生产提供技术基础。

辣椒机械式自动精量排种器设计与试验

辣椒漂浮育苗具有占地面积小、育苗周期短和椒苗品质好的优点,播种环节要求一穴一粒精量播种,通常采用人工点播,存在劳动强度大和播种效率低的问题。针对以上问题,该研究以磁力回位型排种器为基础,设计了一种适于辣椒漂浮育苗的机械式自动精量排种器,并对关键机构进行设计,通过单因素试验获得曲柄直径、曲柄电机工作转速和种量的较优区间,以单粒合格指数、重播指数和漏播指数为指标进行三因素三水平正交试验,建立回归模型,并进行参数优化。试验结果表明,在排种器旋转倾角30°、旋转电机角速度0.07 rad/s(即生产率240盘/h),曲柄直径为30 mm、曲柄电机转速为230 r/min、种量为4千粒时,排种器的播种效果较好,单粒合格指数为91.04%,重播指数为5.21%,漏播指数为3.75%,相比于人工操作磁力回位型排种器,单粒合格指数提升了5.81个百分点,重播指数降低了6.45个百分点,满足辣椒漂浮育苗的播种要求,可为辣椒育苗轻简化生产和小籽粒种子的机械式精量排种器研究提供参考。

单针振动气力式辣椒精量排种器设计与试验

【目的】育苗移栽是辣椒种植普遍采用的方式,针对辣椒穴盘育苗播种环节存在的漏播现象,设计了一种用于漏播补种的单针振动气力式辣椒精量排种器,用于对穴盘中的空穴进行补种,从而提高生产效率。【方法】以“兴蔬皱辣2号”辣椒种子为研究对象,结合种子物理特性测定,对排种器振动供种机构、直线携种机构和控制系统进行分析和设计,并搭建了试验台。以种箱振动频率、气吸针真空度和气吸针直径为试验因素,以排种单粒率为试验评价指标,进行排种器单因素试验,确定种箱振动频率、气吸针真空度和气吸针直径具体取值范围分别为77~89 Hz、15~35 kPa和0.6~0.8 mm。在此基础上进行响应面试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析、响应曲面分析和试验因素优化求解。【结果】确定了排种单粒率影响因素由大到小为气吸针真空度、气吸针直径和种箱振动频率,得出排种器最优作业参数为气吸针真空度27 kPa、气吸嘴直径0.7 mm、种箱振动频率85 Hz,样机试验排种单粒率为98.25%。【结论】该单针振动气力式辣椒精量排种器工作稳定,排种单粒率高,满足辣椒精量播种作业要求。

基于EDEM仿真的机械式辣椒精量排种装置设计与试验

针对辣椒漂浮育苗中,人工点播存在的劳动强度大、播种效率低和劳动成本高等问题,在磁力回位型排种器的基础上,提出一种适配辣椒漂浮育苗的机械式辣椒精量排种装置,使用SOLIDWORKS等软件对关键结构进行设计和运动分析,并利用EDEM仿真软件对排种装置进行仿真。选取曲柄电机转速、种量和曲柄直径为影响因子,单粒率、重播率和漏播率为评价指标,进行基于Box-Behnken设计的响应曲面法试验,并对试验结果进行分析,采用权重结合隶属度计算综合得分对排种装置的参数组合进行评价,得到排种装置的最优的参数组合为:曲柄电机工作转速260 r·min^(-1),种量4 000粒,曲柄直径28 mm。样机试验播种单粒率、重播率和漏播率分别为91.46%、7.29%和1.25%,满足辣椒漂浮育苗生产技术要求。

南方籼稻热风干燥特性及其工艺参数优化

水稻是全球重要的粮食作物之一,籼稻是中国南方主要种植品种。收获的新鲜水稻含水率较高,不适合长期储存。针对南方籼稻在热风干燥过程中容易产生爆腰等问题,选择了中早35和玉针香2个典型品种,通过单因素试验和Box-Behnken Design试验,分析了热风干燥工艺条件下的影响因素(包括干燥温度、干燥缓苏比和初始含水率)与水稻的干燥爆腰增率和干燥速率之间的关系。结果显示,干燥温度对干燥速率和爆腰增率的影响最显著,其次是缓苏时间占比和初始含水率。在符合国家标准的爆腰增率要求下进行试验,得到了2个水稻品种的最佳干燥温度、缓苏时间占比和初始含水率参数组合:中早35的最佳参数为49.48℃、0.67、26%;玉针香的最佳参数为45.00℃、0.698、26%。在最佳参数下进行干燥试验,测得2种水稻品种的干燥速率分别为0.02280%·min^(-1)和0.02461%·min^(-1),爆腰增率分别为2.87%和2.80%,均低于国家标准的3.00%。优化后的干燥工艺参数可为生产实践和稻谷品质变化机理的深入研究提供理论基础。

基于机器视觉的菠萝自动去眼方法与试验

菠萝加工过程中的去眼作业目前主要依赖人工手动操作,劳动成本高且作业效率低。为实现自动化菠萝去眼作业,该研究运用YOLOv5目标检测算法对菠萝眼进行快速识别,将所有角度相差90o的两张图片作为一组进行立体匹配分析以获取菠萝眼的三维位置信息。通过旋转菠萝和轴向移动去眼刀具将专用去眼刀具依次对准每一个菠萝眼并快速去除。试验结果表明:YOLOv5目标检测算法对菠萝眼识别效果良好,验证集的准确率、召回率和平均精度均值均高于96%;菠萝眼实际中心与探针刺入位置的平均误差为1.01 mm,最大误差为2.17 mm,均方根误差为1.09 mm;菠萝眼的完全去除率为89.5%、不完全去除率为6.2%,漏检率为4.3%,单个菠萝去眼时间为110.9 s,基本满足自动化去眼作业需要。研究结果可为菠萝自动去眼机研发提供技术参考。

马铃薯切块薯种取种勺设计与仿真优化

马铃薯切块播种是节约用种成本、打破薯种休眠的有效途径,针对马铃薯播种机传统圆形取种勺对切块薯种适应性较差,导致漏播率高,播种合格率低的问题,对马铃薯播种机取种勺进行了设计与仿真优化。在测定薯种力学特性参数的基础上,利用EDEM软件,选取Hertz-Mindlin接触模型,构建了切块薯种离散元模型。通过对切块薯种取种充种状态进行分析,以传统圆形取种勺为基础,设计了一种切口式马铃薯播种机取种勺,并确定了影响取种效果的主要因素。以切口圆心角、切口深度和切口个数为试验因素,以取种成功率、重种率和空种率为评价指标,开展三因素三水平虚拟仿真正交试验。正交试验结果表明:切口式取种勺取种能力明显优于传统圆形取种勺,当切口圆心角为60°,切口深度为15 mm、切口数量为3个时,其取种效果最优。利用优化后的取种勺进行切块薯种播种验证试验,结果表明:播种取种成功率为82.2%,重种率为7.1%,空种率为10.7%,相比于传统圆形种勺,其重种率降低约12个百分点,取种成功率提升约12.5个百分点。

影响白萝卜拔取力关键因素的研究与试验

为研究影响白萝卜拔取力的关键因素,设计一种白萝卜拔取装置。该装置采用直流电机驱动,利用钢丝绳连接夹持器拉拽白萝卜缨叶,并由计算机记录拔取过程中的拔取力峰值和时长。以‘捷夏美50’白萝卜为试验材料,分析白萝卜拔取受力情况,确定以白萝卜拔取装置的拔取线速度、拔取角度、夹缨高度和土壤含水率为试验因素,白萝卜拔取力峰值为试验指标,进行单因素和响应面法试验,探究各试验因素对白萝卜拔取力峰值的影响,进而确定白萝卜拔取装置的最佳工作参数为夹缨高度1 cm、拔取线速度0.03 m/s、拔取角度为35°、土壤含水率21.63%,此时,白萝卜拔取力最小,拔取力峰值为52.5 N,该结果与白萝卜最小拔取力峰值预测结果具有良好的拟合性。

基于刚柔耦合的水稻脱粒滚筒仿真分析与试验

为降低4LZ-4.0型联合收割机机收作业中籽粒破碎率,提高清洁度,依托纵轴流差速分段式脱粒滚筒,设计了杆齿、弓齿和刀齿3种形状的脱粒元件,通过改变脱粒元件表面与籽粒碰撞时的接触状态,刚柔耦合成6种类型脱粒滚筒;基于冲量-动量定理对籽粒碰撞过程进行分析,通过仿真试验得到刚性杆齿和刚柔耦合杆齿与水稻籽粒谷物接触时籽粒所受法向力均值分别为28.4 N和22.3 N,籽粒所受切向力均值分别为14.43 N和8.74N。以前滚筒齿形、前滚筒转速和前后滚筒转速差为影响因素,以水稻籽粒破碎率和未脱净率为评价指标进行3因素3水平正交试验。结果表明:前后滚筒转速差对破碎率的影响最大,前滚筒齿形对未脱净率的影响最大;试验得到的最优组合为前滚筒齿形为弓齿、前滚筒转速为600 r/min、前后滚筒转速差为100 r/min;与刚性脱粒元件相比,带有聚氨酯橡胶套的刚柔耦合脱粒元件可有效降低水稻籽粒破碎率,平均可降低18.5%。

基于轨距可调的蔬菜田间转运平台设计与试验

[目的]针对我国南方丘陵山区蔬菜种植种类多、种植农艺多样、起垄规格不一等特点,为进一步提高南方丘陵地区蔬菜田间转运装备对种植模式与农艺的适应性,设计了一款轨距可调的蔬菜田间转运平台。[方法]根据蔬菜田间起垄种植及地形特点,进行平台的总体设计并阐述其工作原理,外形尺寸为2165 mm×1205 mm×1154 mm。分别开展变速箱、行走装置、传动系统、轨距可调装置及车架等关键部件的设计。利用SolidWorks软件进行三维建模,设置零件材料属性并计算质心位置。根据其质心位置分析平台稳定性,基于RecurDyn搭建虚拟仿真样机,对底盘进行纵向上、下坡及横坡行驶仿真分析。[结果]动力学仿真结果表明,平台在满载条件下,纵向行驶上坡最大爬坡角为39°,最大下坡角为27°,横向行驶时2种极限轨距下的最大坡度角分别为29°和39°。进行样机试制并进行稳定性试验,试验结果表明,平台纵向上、下坡最大坡度角分别为30°和25°,不同轨距下的最大坡度角分别为22°和33°,并进行样机性能及田间试验,试验结果表明,平台在满载条件下,行驶速度、转弯半径、滑转率及跑偏率均满足设计要求与实际使用效果。[结论]蔬菜田间转运平台对南方丘陵山区蔬菜转运作业有较强的适应性,通过调节轨距可适应不同蔬菜种植农艺,为履带式运输装备等提供参考。

基于颗粒放尺效应的逆旋开沟机刀辊功耗分析与试验

为探究粗粒化建模对逆旋开沟机刀辊功耗的影响,提高离散元法的计算效率,该研究以1K-50型开沟机开沟部件为对象,利用EDEM软件构建适于南方葡萄园土质环境的刀辊-土壤离散元模型,将仿真模型中的土壤颗粒分别放大2~5倍进行开沟仿真试验,对刀辊功耗、工作阻力及土壤运动状态进行分析。结果表明:在土壤颗粒直径为5 mm、刀辊转速132 r/min、前进速度0.06 m/s、开沟深度0.3 m工况下,刀辊稳定作业阶段的功耗、水平阻力及垂直阻力平均值分别为3.73 kW、923.85 N和148.30 N,仿真功耗相对实际功耗的误差为9.9%。开沟仿真过程中刀辊的功耗、工作阻力平均值及土壤运动状态随放尺比例的变化而变化,其中刀辊功耗与水平阻力平均值随放尺比例增大而减小,垂直阻力平均值随放尺比例先减小后增大再减小,且增大放尺比例使得土垡从刀片正切面的抛出时刻提前,抛出速度减小,土垡逐渐松散,壅土高度增加,但不改变正切面上各深度土层的土壤分布顺序。放尺比例为2~5时,仿真计算时间相较原尺状态减少99%,但仿真功耗相对实际功耗的误差超过32%,当放尺比例为1.2时,能够将功耗相对误差控制在11.1%,仿真时间为22.9 h,仿真数据量313.72 GB。研究结果可为农机领域离散元放尺计算及构建刀辊-土壤粗粒化模型提供一定参考。

4BL-1型白萝卜联合收获机缨叶聚拢装置优化与试验

为解决白萝卜机收过程中因缨叶聚拢不全导致损失率与损伤率高、切头合格率低等问题,该研究依据白萝卜缨叶物理力学特性,设计了一种白萝卜缨叶聚拢装置,以实现白萝卜缨叶从田间自然“半散开”状态聚拢成束,利于后续拔取作业。构建白萝卜缨叶聚拢装置运动学模型,确定“拢缨速比”的取值范围;构建装置结构参数和前进速度、拢缨速比及作业姿态等运动参数及拢叶机构倾角对缨叶聚拢性能影响的数学模型,并求解出各因素优选区间。以缨叶聚拢成功率、缨叶破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,依据响应面法分析各因素对二者的影响效应,并对模型进行优化。试验结果表明:缨叶聚拢成功率影响显著性顺序为前进速度、拢缨速比、拢叶机构倾角;缨叶破损率影响显著性顺序为拢缨速比、拢叶机构倾角、前进速度;最优参数组合为:前进速度0.4 m/s、拢缨速比3.9、拢叶机构倾角86.3°。在最优参数组合下开展台架试验验证,结果表明:缨叶聚拢成功率、缨叶破损率分别为92.04%、8.81%,满足拔取式白萝卜联合收获机缨叶聚拢需求。研究结果可为白萝卜收获机械的设计提供参考。

5H-2谷物烘干机干燥箱多孔角状盒的设计与试验

为改善5H-2谷物烘干机的干燥性能,将原有角状盒改造为多孔角状盒。通过Fluent对多孔角状盒的干燥段气流场进行仿真分析,对比空载条件下干燥箱内部温度场变化情况,结果表明,装有多孔角状盒的干燥箱内部温度场较原有角状盒的分布更趋均匀。选择早稻‘中早35’稻谷,在5H-2谷物烘干机上安装多孔角状盒开展烘干试验,设置热风干燥温度为65℃,风速为8 m/s,干燥缓苏比为1∶2,结果装有多孔角状盒的烘干机干燥速率为0.798%/h~1.002%/h,烘干后爆腰增率为7.4%~10.2%,相比原有角状盒谷物烘干机,其干燥速率提高了12.1%~21.2%,爆腰增率降低了1.9%~5.1%。

柔性杆齿滚筒脱粒机理

传统的水稻脱粒是采用刚性脱粒齿,由于打击力大,造成水稻籽粒破碎或内部破损,从而影响水稻种子的发芽率或大米加工的成米率。为进一步探索降低水稻脱粒破碎或破损率的方法,设计了一种脱粒原理类似刚性杆齿脱粒的柔性杆齿脱粒滚筒,对其脱粒力进行了研究。分析表明在滚筒转速一定的情况下,采用柔性杆齿脱粒增加了与稻穗的接触时间,减少了冲击力,柔性杆齿打击力小于刚性杆齿。脱粒对比试验结果表明,直径小于刚性杆齿的柔性杆齿脱粒滚筒能适应水稻脱粒要求,脱粒指标中破碎率显著低于刚性杆齿滚筒,未脱净率、含杂率、脱粒率和断穗率均与刚性杆齿脱粒滚筒相近。

刚性弓齿与杆齿及柔性齿的脱粒对比试验

传统的水稻脱粒系统通过刚性弓齿、钉齿和杆齿对水稻进行打击脱粒,造成水稻籽粒破碎或者籽粒内部损伤,降低了种子发芽率和大米加工的成米率.为了降低水稻籽粒脱粒破碎率,对刚性弓齿、杆齿与柔性杆齿进行脱粒比较试验.结果表明,相对其他脱粒齿而言,柔性杆齿质量轻,种子破碎率显著降低,未脱净损失减少,含杂率降低,发芽率高.

基于能量守恒的柔性脱粒动力学分析

为降低刚性脱粒滚筒的刚性冲击所带来的水稻籽粒破损,基于能量守恒定律,分析并设计了一种作用柔和、冲击力相对刚性滚筒小的柔性脱粒滚筒.结果表明,脱粒过程中将脱粒齿质量看作集中于齿端时,其脱粒相当质量为脱粒齿总质量的33/140,柔性脱粒能降低打击力.对脱粒齿打击过程进行有限元分析,并对解析值与数值解进行了比较,两者拟合性好,说明所设计的柔性滚筒符合降低打击力、减少谷粒破损的要求.

4LZ–0.8型小型水稻联合收割机的设计

为适应南方丘陵山区的作业环境,提高水稻机械化收获作业质量和效率,研制了4LZ–0.8型水稻联合收割机。对收割机行走装置、脱分系统、清选系统、二次切割装置等关键部件进行了设计。对整机性能检测试验结果显示,该机型生产率为0.116 hm2/h,清选含杂率为1.8%,破碎率为0.2%,总损失率为2.0%,均达到或优于GB/T 8892—2008《收获机械联合收割机试验方法》及DG/T 014—2009《谷物联合收割机》中规定的标准。

自推进旋耕机限深部件行进阻力的试验研究

为了研究自推进旋耕机限深部件的功率消耗与行进速度、形状和下陷深度的关系 ,改善自推进旋耕机的工作性能 ,对限深部件进行了试验。单因素试验结果表明 :形状中铲形阻力最大 ;速度和下陷深度越大 ,阻力越大。通过三因素正交试验找出了影响行进阻力的主次因素和最大评价指标的参数组合。由双因素试验数据拟合得出了阻力与速度、下陷深度的数学模型 ,经试验验证 ,该模型能反映生产实际情况。