玉米联合收获机清选控制系统设计与试验

玉米联合收获机清选系统工况复杂,存在收获质量差、效率不高等问题。基于此,设计一套清选损失率控制为主同时兼顾含杂率的自动控制系统。首先分析以风机转速、振动筛转速和喂入量为影响因素,损失率、含杂率为评价指标的正交试验数据,获取影响损失率和含杂率的主次因素,提出清选系统自动控制策略;其次,为开展控制策略和算法的研究,建立清选系统中的风机转速、振动筛转速调节装置以及收获机纵向运动的数学模型,设计离散化PID控制算法。最后,基于MATLAB/dSPACE软硬件环境,搭建清选控制系统的硬件在环仿真平台,并进行控制器在环测试。试验证明:本文设定的双目标联合控制策略和控制算法,能够有效降低清选损失率、含杂率,其中清选损失率降到2.7%左右,含杂率为2.8%左右。

大豆玉米带状种植模式下玉米摘穗机设计与试验

针对丘陵山区大豆玉米带状种植模式的玉米果穗收获有机难用、无机可用的现状,设计一款自走式小型玉米摘穗机。该机采用纵卧式摘穗辊实现果穗摘取,并通过输送装置收集装袋;采用“Y”型布局的L型小甩刀实现茎秆粉碎。对摘穗过程进行动力学分析、对粉碎过程进行静力学分析,确定其核心装置设计参数并进行样机试制。以茎秆粉碎长度合格率、果穗损失率、籽粒破碎率为试验指标进行田间试验,来验证该机设计的合理性。试验表明:在生产率为0.8 hm^(2)/d、果穗籽粒含水率为26.38%、茎秆含水量为71.25%的条件下进行试验,茎秆粉碎长度合格率为92.4%、果穗损失率为2.06%、籽粒破碎率为0.61%。该机设计各项指标符合国家相关标准,能够满足丘陵山地地区玉米机械化收获需求。

玉米收获机虚拟样机的仿真作业研究

为了实现玉米收获机在虚拟环境中的工况仿真与性能测试,设计了虚拟仿真系统。首先,建立VR工况环境,采用数字函数建立地形模型和地高模型,采用外部引用、实例化和布告板技术实现地物模型;其次,建立收获机运行模型,其中发动机有效功率与转速呈线性分布,有效扭矩与转速成二次关系,建立转向控制模型和制动模型;基于ODE物理引擎建立收获机自身部件相对运动建模,进而完成收获机模型和VR工况模型的交互系统;最后,在虚拟环境中对收获机进行测试,指导改进收获机设计。

玉米摘穗装置研究进展及展望

摘穗装置是玉米收获机的重要组成部分,摘穗装置的工作性能直接影响着整个玉米收获机的工作效率。根据玉米摘穗装置的结构形式和基于国内外的专利数据及期刊文献数据,分别从纵卧式摘穗辊式、立式摘穗辊式、板式摘穗辊式和横卧式摘穗辊式4种摘穗结构对玉米摘穗装置技术的发展现状进行了概括分析,并展望了摘穗装置技术的未来研究趋势。

小型玉米收获机车身调平系统研究

为了提高小型两行轮式玉米收获机在复杂地形的作业能力,设计了一种三点调平装置,建立了调平模型并对其进行了理论分析,并设计了调平控制系统。在此基础上,设计并制造了试验用车,对倾角信号进行滤波处理后,进行了调平试验。试验结果表明:车身左倾最大调平角度是15°,右倾最大调平角度是17.5°,前倾最大调平角度是12.5°,后倾最大调平角度是17.5°,验证了自动调平机构和控制系统的可靠性和实用性。设计的针对4YZ-2玉米收获机的三点调平装置和调平控制系统可为玉米收获机自适应调平提供了研究基础,并为其他行走农业机械的调平设计提供了新思路。

基于形态特征的破碎玉米籽粒识别及检测装置设计

基于K-Means聚类分割算法、颜色空间转换和形态学特征,通过对辽沈地区广泛种植的玉米的面积、面积与周长比、短轴与长轴比、圆形与矩形及五种形态特征的分析,识别出玉米碎粒。同时,设计开发了一种基于同步带轮的玉米籽粒破碎率在线检测装置,用于玉米籽粒破碎率的在线检测与识别。研究结果:①利用K平均算法分割算法将图像分割为目标区域和背景区域;②利用K平均算法分割算法将图像分割为二值化图像,进一步对二值化图像采用形态闭运算填充目标区域的非连通区域,对目标区域进行统计分析,计算出形态特征;③通过多组试验,玉米籽粒破碎的识别率可达94%。

丘陵山区小型玉米收获机单行去穗机构设计与试验

玉米作为我国主要农作物之一,在丘陵山区玉米的产量并没有较大提升,其原因是丘陵山区玉米收获机械化程度较低。因此,针对丘陵山区玉米机械化收获的问题,设计一款单行不平行去穗机构。通过受力分析,玉米脱离方向的合力大小是决定玉米是否从穗柄脱离的关键,摘穗辊的转速与植株结穗位置直径大小是影响合力的关键参数。同时,设计适应于丘陵山区的三角履带底盘,通过受力分析知道由三角履带底盘承载的玉米收获机能够在最大坡度19.2°的山坡作业,并通过试验验证。由Adams仿真得到玉米穗在受到竖直方向拉力时玉米穗脱离穗柄的力在100~200 N之间。同时,利用拉力试验机对随机选取的郑单958玉米进行5种不同拉力速度试验,验证仿真结果的准确性。基于试验与仿真的结果,确定摘穗辊的转速应大于473 r/min。最后在自制的小型单行玉米收获机上进行去穗试验,试验结果表明:籽粒破损率为0.69%,玉米穗撞击损伤率为0.83%,断穗率为6.7%,所设计的去穗机构去穗效果良好,同时搭载三角履带底盘能够满足玉米收获机在较大坡度山地的作业要求,可靠性较高。

板齿式轴流玉米脱粒分离装置设计与试验

针对黑龙江地区玉米脱粒过程中破碎率和未脱净率高的问题,设计板齿式轴流玉米脱粒分离装置,对其关键部件的参数进行设计计算,利用制图软件建立整体试验台的三维模型。试验将凹板栅格尺寸、滚筒转速、喂入量作为影响因素,将籽粒破碎率和未脱净率作为性能指标,在自制的玉米脱粒分离装置试验台上展开单因素和多因素的试验研究,并运用Design-Expert 12.0数据分析软件对试验结果展开分析及优化求解。结果表明:试验因素对籽粒破碎率的影响从大到小依次为凹板栅格尺寸、喂入量、滚筒转速,对未脱净率的影响从大到小依次为喂入量、凹板栅格尺寸、滚筒转速;最优参数组合为:凹板栅格尺寸18 mm、滚筒转速199 r/min、喂入量2.1 kg/s,此时籽粒破碎率最小值为2.39%,未脱净率最小值为0.21%。最后对最优参数组合进行试验验证,验证结果与优化结果的相对误差满足要求。

鲜食玉米收获机清选装置设计与试验

针对4YZ-5自走式鲜食玉米收获机在清选过程中果穗碰撞损失率高、清选效率低等问题,利用鲜食玉米果穗与茎秆等杂质密度不同,设计了二次拉草辊与负压风机相结合的清选装置,确定了拉草辊和负压风机的主要参数理论值,并开展了3因素3水平正交试验研究不同参数组合工况下的清选性能与损伤特性,通过试验确定了最优组合参数。试验结果表明:当行走速度为6.5km/h、拉草辊转速为550r/min、风机转速为1000r/min时,玉米果穗含杂率为6.18%,果穗损失率为1.32%,清选稳定性能较好。试验结果可为鲜食玉米清选装置提供理论依据。

玉米收获机的人因学评价研究

针对我国玉米收获机的设计在人因学方面考虑较少的问题,采用层次分析法和问卷调查法建立了一套基于玉米收获机的人因学评价指标体系,并以4YZB-4型玉米收获机为例,对评价指标体系进行实践应用检验。研究结果表明:体系的准则层中安全性权重最大,舒适性权重最小,数值分别为0.680和0.058;方案层中制动性能权重最大,脚踏板权重最小,数值分别为0.4923和0.0077。经计算,4YZB-4型玉米收获机的综合评价值为89分,并对结果进行分析与评价。研究结果可为玉米收获机的改进设计工作提供有效的帮助,从而保证农机手更加安全、轻松和舒适地工作。

自走式制种玉米联合收获机设计与试验

大田玉米收获机收获制种玉米时容易产生伤穗落籽、杂物堵塞等现象,本文针对适收期制种玉米生物特性,设计了一种大型制种玉米联合收获机,采用小行距对行柔性板式摘穗割台和可替换组合式剥皮装置,确保低损摘穗、输送、剥皮作业,降低籽粒损失与损伤;其中割台上方配备钢质覆胶弧形摘穗板,“橡胶+钢质”夹持输送链和六棱低速拉茎辊,可替换组合式剥皮装置采用柔性破皮+揉搓+降速组合形式。通过Plackett-Burman试验设计筛选提取影响机具指标的主要因素,采用Box-Behnken试验设计原理,以机具前进速度、拉茎辊转速和剥皮辊转速为试验因素,以总损失率与含杂率为性能指标,通过田间试验对机具进行检验,优化得出机具最佳作业参数。试验结果表明,优化后,当机具前进速度为4.87 km/h、拉茎辊转速为877.27 r/min、剥皮辊转速为442.52 r/min时,果穗总损失率为1.61%,含杂率为0.55%。田间试验结果表明,当收获机前进速度为4.9 km/h、拉茎辊转速为880 r/min、剥皮辊转速为450 r/min时,果穗总损失率为1.64%,含杂率为0.57%,满足制种玉米机械化联合收获的作业要求,可为制种玉米联合收获机设计与试验提供参考。

玉米收获机发动机服役状态趋势分析与预警

为提高服役状态下玉米收获机发动机运行的稳定性,以发动机运行数据为分析对象,计算发动机的一个稳定性运行趋势曲线,用以判断发动机是否处于稳定性状态。首先通过获取发动机ECU系统中的运行数据,对发动机正常运行下的数据进行归一化处理,然后基于遗传算法优化的BP神经网络建立预测模型。以发动机转速、农机速度、冷却液温度、系统电压4个参数作为输入对机油压力的数值进行预测,最终预测模型的决定系数达到0.88,证明预测模型拟合度较高,能准确地对发动机的机油压力做出预测。而发动机在正常运行的情况下,机油压力的预测偏差较小,以大量正常运行的机油压力预测值与实际运行值的残差结合实际运行值构建基准向量集合,再以20 000条正常的机油压力的运行预测值与实际运行值的残差结合实际运行值构建评估向量,利用马氏距离计算每个评估向量到基准向量集合的距离值,该距离值可代表发动机正常运行状态下的一个稳定性的指标值。结果表明:得到的20 000个指标值具有一定的聚集性,指标值的大小稳定在0~10之间,所以该指标值在时间序列的一个趋势曲线可以代表发动机服役状态下的一个稳定的趋势,用以判断发动机处于正常或异常状态。

不同品种玉米机收适宜性试验

针对黄淮海两熟区夏玉米机械粒收破碎率高、严重阻碍玉米收获机械化发展进程等问题,需优选适宜本地区机械粒收的玉米品种。以两熟区种植的5个主要玉米品种为试验材料,以籽粒含水率与脱水速率为基础,提出一种抗压特性参数作为玉米机收适宜性的辅助评价指标,制定抗压特性的量化方法,进一步通过脱粒试验,以籽粒平均破碎率与平均未脱净率为评价指标,建立描述籽粒机收适宜性的评价方法。对相同含水率条件(33%±1%)下5个品种玉米进行脱粒试验。结果表明:DH605、LY296和KN21籽粒平均破碎率高,分别为5.39%、5.02%、7.13%,生理成熟后脱水慢,不适宜机械粒收;LK868与LD6018籽粒平均破碎率较低,分别为4.76%、4.25%,未脱净率较低,分别为0.83%、0.84%,生理成熟后脱水快,适宜机械粒收。为筛选适宜机收玉米品种的筛选提供参考。

玉米锥形脱粒装置仿真优化设计

我国北方地区常用的玉米籽粒直收收获机在脱粒工序中存在脱粒元件对果穗冲击强度过大的问题,为此设计一种低损高效的玉米锥形脱粒分离装置。对脱粒滚筒结构进行分析,建立果穗与脱粒凹板间的接触模型,确定滚筒最优参数的取值范围。通过EDEM软件对不同参数组合的脱粒分离装置进行仿真优化试验。结果表明,当脱粒滚筒锥角为8°,凹板选用左向圆管型结构,滚筒转速为400 r/min时,脱粒效果最佳,并与传统式脱粒滚筒相比,起脱段脱粒元件对果穗的碰撞力由284 N降低为234 N,碰撞反力由202.54 N降低为171.52 N,从而验证锥形脱粒滚筒具有降低对果穗冲击强度的特性。利用ADAMS软件对锥形脱粒装置进行运动学及动平衡仿真分析,验证研究成果的可靠性及理论可行性,且系统产生的不平衡惯性力符合农业机械设计要求。为后续玉米脱粒分离装置的创新设计和结构改进提供理论参考。

节粮减损背景下国内鲜食玉米低损收获现状及路径探究

减少鲜食玉米收获机收获作业时果穗的损失是推动鲜食玉米收获机械优化发展的重要研究方向。该文结合当前国内机收鲜食玉米低损收获现状,针对鲜食玉米收获机田间收获作业果穗损失较大的问题,阐述了鲜食玉米果穗的多种损失形式及产生原因,并结合多种果穗损失形式提出了一系列鲜食玉米低损机收的实现路径,为推动鲜食玉米收获机械的发展提供参考依据,有助于提高鲜食玉米产业经济效益。

玉米收获机的控制系统优化设计

针对4YZL-9型玉米收获机,设计了一款控制系统,并以PLC控制器为核心,分别设计了驱动行走子系统、割台液压子系统及脱粒清选液压子系统。主要的控制过程为:利用湿度传感器采集玉米籽粒含水量,利用压力传感器采集检测玉米喂入量,利用霍尔传感器检测收获机各种速度信息,利用位移传感器检测玉米的距离,并将这些数据发送给PLC控制器,经过计算,输出驱动命令,通过电磁换向阀和电磁比例阀调节控制收获机的割台高度、行走速度、脱粒滚动转速、风机转速及清选筛箱转速等,使得玉米收获机高效的完成行走、收割、脱粒、清选等一系列的收获作业。试验结果表明:加装了控制系统的4YZL-9型玉米收获机正确采摘率为96.7%,玉米粒损失率≤2.4%,籽粒破损率≤3.6%,收获机故障率≤5%,含杂率≤2.8%,能够准确高效地完成玉米的收获作业。

基于PLC的玉米收获机电气控制系统优化研究

为了提高玉米收获机脱粒质量,设计了基于PLC控制系统,并采用模糊控制的方法对其进行优化。首先,基于单纵轴流玉米脱粒装置,分析滚筒轴转速、脱粒间距和收获机前进速度对于脱粒质量的影响;然后,利用三元二次通用旋转组合实验的设计方法,综合考虑滚筒轴转速,脱粒间距和收获机前进速度,建立破碎率模型。对该模型进行显著性分析,结果表明:脱粒间距对于破碎率的影响不显著,故选用滚筒轴转速和收获机前进速度作为控制量,建立模糊PLC控制系统。系统测试结果表明:系统具有较快的响应速度和较高的可靠性。

丘陵地区小型玉米割台摘穗装置的设计

针对丘陵地区玉米大豆套种模式下,小行数难收获、含杂率及破碎率高的问题,结合板式摘穗和卧式摘穗方式的优点设计了一种新型摘穗装置。通过对摘穗装置进行受力分析,验证其满足工作要求的合理性。通过对关键部件的理论分析,确定了装置主要结构圆盘割刀、拉茎辊、摘穗板等的参数,拉茎辊直径为100 mm,摘穗段长度为340 mm,强拉段长度为240 mm。摘穗板弯折角度为15°,折弯长度为31 mm。通过对adams软件中摘穗过程仿真分析,得出了该型摘穗装置倾斜角为24°时为最佳收获角度,收割质量最好。新型摘穗装置研发可以对丘陵地区玉米低损收获提供帮助,也为丘陵地区玉米摘穗的研究提供理论参考。

鲜食玉米机械化收获技术装备现状及展望

随着我国种植业结构的调整,鲜食玉米种植面积不断增加,但机械化收获率较低,鲜食玉米收获机械需求紧迫。结合我国鲜食玉米产业发展现状,阐述了国内外鲜食玉米机械化收获装备及技术研究现状,通过分析得出我国鲜食玉米机械化收获装备主要存在果穗破损率高、籽粒破碎率高、含杂率高等问题。为促进我国鲜食玉米机械化技术与装备快速发展,提出了我国鲜食玉米机械化收获技术研究应重点突破柔性摘穗、多风机负压除杂、柔性输送收集、秸秆高效清洁收获等关键技术,并建议结合鲜食玉米不同种植区域研制多种规格的收获机型。

玉米机械化收获减损技术

随着玉米种植范围的扩大,玉米机械化收获已经成为未来玉米种植的发展趋势。通过机械收割玉米能够提高作业效率,减轻农民的劳动强度。但是在玉米机械化收获作业中会造成不同程度的粮食损失,影响玉米的收割质量。基于此,以玉米机械化收获损失原因为切入点,分析了减损的具体方案和措施,以期为种植人员提供参考。