小型沼液沼渣施肥机设计与试验

由于沼液沼渣地表撒施会造成大量物质挥发,导致有机成分很难被植物深入吸收利用,造成环境污染和资源浪费。为充分利用生物质资源,在参考国内外分开式、一体式、自走式、管道输送式等地下施灌的基础上,设计小型半挂式沼液沼渣施肥机,对沼液罐、机架、深松型施肥犁等关键部件进行分析,运用SolidWorks对该机进行三维建模,利用仿真分析模块对关键机构部件进行应力分析,确定样机结构,并进行样机制作。田间试验表明:当调节阀调到最大,机具以1.5 m/s的速度前进作业时,罐内原料在5~6 min内排完,渗湿土壤厚度在7.3~15.6 cm之间,实现连续施肥。

基于ZigBee的工厂化堆沤有机肥监控系统设计

针对工厂化堆沤有机肥过程中相关数据实时监测与废物安全排放的要求,利用物联网技术设计了一种基于ZigBee的工厂化堆沤有机肥监控系统,主要分为硬件电路设计与软件设计.硬件部分采用模块化方法对CC2530F256最小单元进行规划,扩展数据输入和数据输出两大功能板块相应接口,设计了数据采集与数据执行节点.软件部分采用C语言进行编程,对组网、数据传输等环节进行程序设计,并依托ETL工具对数据进行清洗,采用自适应加权平均融合算法对数据进行融合.为检验系统的功能,进行了为期1个月的性能测试,测试结果表明:系统数据采集、数据传输、数据储存、远程监控功能完备,数据丢包率为1.2%,机构平均响应时间为1.25 s,误动作次数为0,温度误差范围为±1.8℃,EC(电导率)值偏差极值为0.02 mS/cm,pH值误差范围为±0.1,氨气浓度偏差极值为0.02 mg/L,系统运行情况稳定.

卧式有机肥撒施机改进设计与试验

常作为基肥的固态有机肥,具有施用量大、流动性差、易结拱等特点,采用卧式有机肥撒施机施肥,存在输肥功耗大、施肥均匀性差等问题。对卧式有机肥撒施机进行改进设计,在肥料出口处增设钉齿式输肥破碎辊、减压挡板和撞击导板,以减小输肥功耗提高施肥均匀性。对卧式有机肥撒施机改进前后的输肥功耗进行理论计算与对比分析,结果表明:改进前完成一次抛撒作业链板输肥功耗为2.57×10^(5) J,改进后完成一次抛撒作业输肥功耗为2.05×10^(5) J,输肥功耗可降低20.23%。运用EDEM软件,以输肥破碎辊钉齿排数、输肥破碎辊转速、肥量调节板开度为试验因素,抛撒均匀性横向变异系数为评价指标,进行单因素试验与响应面试验;运用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行参数优化,并对优化后的参数进行验证试验。结果表明:输肥破碎辊钉齿排数为7排、输肥破碎辊转速为147 r/min、肥量调节板开度226 mm时,抛撒均匀性横向变异系数为14.04%,试验结果与仿真结果基本一致。研究结果为卧式有机肥撒施机的结构和性能优化提供参考。

葡萄园有机肥链式反转开沟施肥机研制与试验

针对葡萄园有机肥施用深度浅,施肥不均匀等问题,该研究设计了一种链式反转开沟施肥机。该机采用先切后抛的形式,实现开沟施肥回填一体化作业,开沟深度为600 mm,通过理论分析确定了影响切土角的关键参数,构建了正置和侧置式两种施肥模式的仿真模型,并分析了两种模式的排肥规律。通过单因素试验,分析了刮板高度、角度和间距对法向接触力和变异系数的影响,并优选了刮板高度、角度和间距,分别为20 mm,90°和180 mm。田间试验表明,排肥变异系数为8.34%,与仿真结果的误差为2.32个百分点,排肥量为0.8~6 kg/m;两次试验的开沟深度稳定性系数分别为93.57%和92.58%,开沟宽度一致性系数分别为96.16%和95.04%,满足农艺要求。研究结果可为其他果园施肥机设计提供理论参考。

基于YOLOv5目标检测的机械臂精准授粉系统设计与试验

针对梨花人工授粉劳动强度大、效率低,机械授粉花粉用量大、成本高的问题,本文提出了一种结合YOLO深度目标检测算法和机械臂执行系统实现梨花精准授粉的方案。首先将整个系统拆分为深度相机感知模块、靶标授粉决策模块、机械臂执行模块,提出机械臂授粉的各模块融合技术路线。然后通过对深度相机和YOLOv5目标检测算法的融合,检测系统输出靶标梨花的三维坐标位置。进一步通过坐标转换将不同坐标系下的坐标统一到机械臂基坐标下,实现将梨花的像素坐标值和深度值转化为梨花在基坐标系下的三维坐标。最后试验部分完成机械臂授粉执行并探究了机械臂授粉系统的准确性。结果表明,在试验环境下授粉的绝对误差平均值为3.83 mm。

秸秆粉碎还田机应用特征与环境友好性评估

秸秆是农业生产中的产出资源,具有显著的回收利用价值,“十四五”期间,我国针对秸秆利用及农业环境保护工作加强政策指导与落实监督,有效促进了秸秆资源有序利用。该文针对秸秆粉碎还田机的机械技术特征及应用情况展开分析,重点分析了典型功能及应用特点,针对应用情况从土壤、水、大气3方面展开了环境友好性评估,强调了生产作业过程兼顾环境保护的重要性,期望更好引导机械化秸秆粉碎还田作业规范实施。

有机肥撒肥机现状分析与展望

肥料是农业增产最主要的手段,合理利用有机肥,既能提高农业产量,又能避免化肥中不可降解成分对生态环境的污染。面对有机肥撒施的巨大劳动量问题,有机肥撒施机械化的需求日益加剧。通过文献查阅与实物研究,分析了现有的几种撒肥机的结构类型及其功能的优缺点,结合国内外有机肥撒肥机的发展现状,提出对工作环境单一、物料适应性差、配套设备不足、技术接口不成熟等问题的思考。旨在为我国有机肥撒肥机的发展和优化提供参考。

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法,但其高肥效的机理尚不明确,且其机械化作业依然是巨大的挑战。针对上述问题,该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求,并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理,阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性,并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围,并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号,通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹,一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明,研制的施肥机能够精准识别果树树干,并围绕树干进行连续的环沟施肥,且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度(210±6.3 mm),施肥深度(300±19.5 mm),平均开沟阻力矩127.32 N·m,开沟混肥器平均功耗5.84 kW,工况稳定。基圆半径为0.7 m时,环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。该研究实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法,对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。

偏置式果园施肥机的研制与试验

针对目前果园施肥劳动强度大、作业效率低、不能联合作业等问题,研制出一种以履带拖拉机为动力源、适用于联合作业的偏置式果园施肥机。履带拖拉机的动力输出轴与传动箱连接,动力经传动箱、链传动依次传递给开沟装置、搅拌装置和回填装置,履带拖拉机行走轮通过链传动带动有机肥排肥器和化肥排肥器排肥,从而完成开沟施肥、搅拌回填的联合作业。田间试验结果表明:机具性能稳定、作业良好,施肥宽度均值为30.9cm,施肥宽度稳定性系数为97.6%,施肥深度均值为48.7cm,施肥深度稳定性系数为98.0%,满足果园施肥深度与宽度的要求。

基于耕整播一体机的阶梯施肥装置设计与分析

根据内蒙古沿黄流域保护性少耕作业间作模式的农艺要求,课题组提出了耕整播一体机的结构设计方案与阶梯施肥的方法,研发试制了集深松、施肥、整地、播种等功能于一体的配套作业机械,并阐明了其结构与工作原理;分析了一体机作业过程中各功能部件的功率消耗,得出一体机工作所需拖拉机功率为95.93 kW,并选择约翰迪尔6E-1404拖拉机作为配套动力机具;通过理论分析和设计计算,确定了深松铲侧面阶梯施肥槽导曲线的基本结构参数,结合深松铲设计要求,确定深松铲参数为l=150 mm,h=300 mm,ω=120°,ε=26°,S=35 mm,L=260 mm;明确了影响阶梯施肥装置肥料颗粒运动的主要因素,肥料颗粒受到的合力F_(r)随着分肥管向下倾斜角β的增大而减小,确定β的取值范围为50°~64°,分析一体机肥箱设计影响因素并确定作业容积区间为50 L~90 L。

分层近根式液体粪肥施肥铲设计与试验

针对当前液体粪肥施肥铲存在的施肥不均匀、近根施肥难、作业功能单一等问题,从提高肥效、降低排放、提升性能角度出发,设计了一种分层近根、基施追施一体的液体粪肥施肥铲,设计了施肥器和避障器等关键部件,采用EDEM离散元法构建施肥铲-土壤力学仿真模型,优化追施过程施肥铲侧向排肥管参数,搭建施肥铲性能测试平台,采用清水模拟方式,开展了施肥铲分层施肥和近根施肥效果试验,结果表明:当施肥铲侧向排肥管后倾角为15°、侧向排肥管刃角为18°时,施肥铲基肥作业阻力最小;采用分层施肥方式时,当施肥铲作业速度为3 km/h、排肥量为5 L/s时,肥料在土壤中纵向扩散深度为235 mm,较改进前单口排肥方式,纵向覆盖范围提升65%;采用近根施肥模式时,当施肥铲作业速度为1.2 km/h、排肥量为3 L/s时,约80%的肥料分布在距作物根部中心100 mm半径范围内,较好地实现了近根施肥。

振动式有机肥排肥装置设计与试验

蔗田有机肥机械化排施装置是解决甘蔗种植施肥过程中肥料结拱、排肥不均匀、降低成本的有效施肥方法之一。结合有机肥含水率、粘稠度等物理特性,通过对肥料箱与导肥槽内有机肥颗粒进行力学分析,运用Jenike理论,结合肥料颗粒静止与结拱临界条件,进行排肥机构螺旋转轴转速分析与排肥口尺寸计算,并运用SolidWorks对有机肥螺旋排肥装置进行三维建模,对关键结构部件进行受力分析,仿真分析核心连接件的强度刚度,优化排肥装置结构。同时进行样机试制,在样机导排肥机构上耦合电磁场,通过田间试验对有机肥排肥性能进行验证。试验表明:当前进速度为0.25 m/s,螺旋叶转速为1.55 r/s,电磁振动频率为45.5 Hz时,排肥连续率为86.14%,排肥箱内结拱现象降低,甘蔗机械化种植过程中有机肥排肥装置的施肥技术水平提高,对助力推动有机肥机械化施肥技术的进一步推广应用具有重要意义。

党参挖掘装置设计与试验

针对现有党参人工挖掘方式挖掘效率低、挖掘成本高的问题,基于人体仿真学,设计了一种四杆机构党参挖掘装置。通过Proe建立三维简化模型,采用离散元仿真软件EDEM和多体动力学软件ADAMS建立土壤-党参-挖掘装置简化模型。通过ADAMS_EDEM进行仿真挖掘试验,得出阻力较小时的转速和入土角范围。采用SAS软件对转速和入土角进行最优平衡随机设计试验,并进行土槽挖掘试验验证。仿真结果表明,较佳入土角75°~80°,较佳转速60~90r/min。土槽挖掘试验结果表明,当转速和入土角为70r/min和75°时,挖掘机构党参挖松率最高为97.94%,损伤率为4.52%;次之组合为60r/min和75°时,党参的挖松率为96.62%,损伤率为5.7%。

振动对小型穴施肥机排肥性能的影响研究

外槽轮排肥器作为施肥机的重要组成部分,其排肥性能会直接影响农作物的长势和产量。小型穴施肥机在田间工作时,由于行驶速度不同、地表不平整等因素,会对施肥机外槽轮排肥器造成较大的振动,降低排肥精度。对施肥机外槽轮排肥器在不同振动工况下的排肥性能进行离散元仿真模拟分析。结果表明:排肥轮轴分别在振动加速度为34.67 m/s^(2)、排肥轮轴有效工作长度为50 mm、转速为10 r/min时,排肥性能最好。有振动设置的情况下,排肥量随着振动加速度的增大而增大,排肥量变异系数随着振动加速度的增大先增大后减小。没有振动条件设置时,单穴排肥量差异不大。开展田间试验,对不同激振条件下的外槽轮排肥器排肥性能进行分析,激振为0 cm、3 cm和6 cm时,田间试验和仿真试验的排肥量相对误差分别为4.53%、3.84%和2.85%,表明利用仿真试验进行振动对排肥性能的影响研究具有可行性。

小型起垄施肥机振动特性研究

小型起垄施肥机在正常行驶进行施肥作业时的振动不仅会导致机具零部件受损与寿命降低,还会影响施肥精度。为研究小型起垄施肥机工作的振动情况,测量其不同部位的振动量。对测得的原始信号进行小波降噪处理并做相干性分析,发现小型起垄施肥机在排肥管处振动频率为110Hz,小型起垄施肥机在刚启动时的振动频率低于正常工作频率,在小型起垄施肥机的排肥管处的振动分析中,发动机的影响要大于车轮的影响,两者的共同对排肥管的影响接近于1,扶手处的振动信号频率峰值比较分散,且来自车轮的影响要大一些。

冬小麦变量施肥机控制系统的设计与试验

为了实现冬小麦生长过程中的实时变量精准追肥,使用近地光谱探测技术,结合模糊PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)控制技术,研究设计了适合中国大田作业的实时变量追肥机控制系统。追肥机采用轴分段式设计,开度和转速双变量调节,通过光谱传感器获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥算法计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,模糊PID控制具有良好的动态稳定性和跟踪性能,大田试验的结果表明,追肥机控制精度均达到90%以上,测速系统的检测绝对误差小于0.25 km/h,可以实现精准施肥的目标。该研究为变量施肥机的在线变量施肥控制提供了参考。

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。

灌溉施肥自动控制系统的研究与开发

为了实现滴灌系统中灌溉与施肥的精确控制和同步进行,应用单片机控制与变频调节技术设计、开发了高精度的灌溉施肥自动控制系统,并通过硬件和软件的优化组合,进行了灌溉施肥自动控制系统的自主设计和制造.根据不同作物的不同需要,对灌溉液的电导率和酸碱度进行精确控制和实时调节,利用单片机技术开发了自动施肥控制系统,降低了系统成本.该系统采用模块化设计,其结构紧凑,使用简单,有利于推广使用.

基于GPRS的变量施肥机系统研究

研制了一种基于GPRS的变量施肥机系统。介绍了系统的组成结构和工作原理,探讨了远程通讯控制器的软硬件设计,并在此基础上,研究了远程处方下载的工作过程,引入机群监控的概念,阐述了监控端软件的实现。田间试验结果表明,研制的变量施肥机能够满足精准农业意义上的变量施肥作业要求。