鲜食玉米收获机高净度清选智能测产装置研究

为改善国内小区鲜食玉米育种测产机械装备缺乏、小区鲜食玉米种子清选和测产过程完全依靠人工的现状,设计一种小区鲜食玉米种子高净度清选智能测产装置。该装置采用双层网筛、风力清选、智能测产流程完成高净度清选及测产作业,实现种子高净度清选和智能测产的作业要求。以上筛夹角、下筛夹角和螺旋分离装置入口风速为试验因素,以作业时千克籽粒含杂率为试验指标进行正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型,并进行试验验证。结果表明:上筛夹角为14.0°,下筛夹角为4.0°,螺旋清选装置入口风速为27.0 m/s时为最佳作业组合,此参数组合下,鲜食玉米籽粒千克籽粒含杂率为1.2%,籽粒残留清理合格率为99.69%,测产平均误差为0.412%,籽粒含水率测量平均误差为3.57%,玉米种子千粒质量测量平均误差为0.276%。为小区鲜食玉米种子的高净度清选以及智能测产提供研究基础。

苹果机械化采收发展历程、模式及其技术现状

经过近千年的进化发展,苹果伴随着品种及树形的改良,经历从自然熟落到人工采摘,从辅助工具、辅助收获平台、振动捡拾到智能机器人采收的发展历程及相应的不同的机械化作业模式。介绍苹果机械化采收的发展历程及技术现状、不同收获模式下所使用的机具设备以及不同收获模式所应用的场景与条件,为我国苹果主产区因地制宜地选择适合当地苹果收获作业模式提供借鉴。如人工或机器人采摘适用于苹果鲜售市场,非选择性振动捡拾收获方式适用于苹果的二次加工领域;而为提高机器人的作业效率,需要对苹果树的树形进行结构简化改良,需要考虑农机与栽培农艺的结合。

大白菜机械化收获技术研究现状与发展趋势

随着现代农业技术的发展,大白菜机械化收获技术在我国越来越引起重视。目前,我国大白菜收获作业仍以人工为主,机械化收获水平较低。为了使大白菜收获跟上时代的步伐,满足大白菜的生产需要,结合国内外大白菜机械化收获技术,重点分析了大白菜机械化收获中拔取、切根、输送提升及转运收集等关键技术;然后,总结现有收获机及其关键部件所存在的问题;最后,针对我国现阶段的研究情况,对我国大白菜机械化收获方面的研究提出几点建议,旨在为我国大白菜机械化收获技术装备的研发与应用提供参考依据。

植物工厂内LED光调控在果树栽培中应用的研究进展

相比露天栽培和大田生产,植物工厂具有不受气候条件影响、自动化程度高、空间单位面积利用率高、可周年不间断连续生产等突出优点。该文重点阐述和分析了植物工厂内发光二级管(LED)光调控在果树栽培中的应用,从光质、光周期、光照度三个角度出发,总结LED光调控对果树生长发育与生理生化的影响,并提出存在的问题,展望了未来的发展趋势。

短棒黑木耳负压采收机内部流场模拟与设备优化

为分析箱体结构对短棒黑木耳负压采摘机内部流场的流速变化、采摘头吸风口处的压力、箱体内部涡旋情况、进出风口风压压差的影响,建立不同吸风口位置及采摘管直径的3D模型,基于Fluent软件对短棒黑木耳负压采摘机内部流场进行流场模拟。根据迹线图分析收集箱出风口处于不同位置时,箱体内涡旋情况;研究设备内部流场压力云图与矢量图,分析不同采摘管直径下管道内流速变化、箱体内平均流速值与采摘口所受风压情况。为验证数据可靠性,设置标准吸力试验。试验结论与流场模拟结果相符,验证流场数值模拟的可靠性。数值仿真结果表明,螺纹管直径和出风口高度对负压采摘机内部流场影响显著。螺纹管直径越大,气流场压降越大。且随着螺纹管的内径增大,管道内的气流速度衰减越快,箱体内气流涡旋现象越严重。吸风口位置会影响箱体内涡旋情况。出风口离收集箱顶部越近,涡旋现象越弱。综合考虑,较优的螺纹管直径为58 mm,较合适的吸风口位置为出风口圆心距离箱体顶部60 mm。

拉力式甘蔗剥叶机风倒机构设计与试验

针对拉力式甘蔗剥叶机过程中蔗叶与蔗茎之间的干涉现象,设计一种蔗叶风倒机构,通过减少蔗叶与蔗茎之间相互干涉,以达到降低含杂率和提高断尾率的目的。以风倒机构的转速等为条件,运用ADAMS进行虚拟样机仿真,模拟甘蔗叶在受到风倒机构作用时被推开的过程以及受力情况,验证风倒机构能减少蔗叶与蔗茎之间的干涉现象。在仿真分析的基础上,对改进后的物理样机进行试验,并对改进前后的试验结果进行对比分析。试验结果表明:改进后的拉力式甘蔗剥叶机具有更好的剥叶效果,含杂率降低将近2.0%,断尾率也提高3.0%左右,且满足糖厂对原料蔗的进厂要求。

基于二维激光雷达的甘蔗垄高检测研究

为提高丘陵地带甘蔗收割机收割质量,研究能够跟随地形的起伏变化而调节收割刀盘高度的技术显得尤为重要,解决该问题的关键是对于蔗田地面高度的检测,因此设计一台蔗田垄高建图机器人。该机器人能适应按标准化种植的蔗田地形,通过机载二维激光雷达扫描收集蔗田地形轮廓信息,远程计算机对数据进行多维度形态学特征分析,提取蔗田数据点并建立蔗田三维地形图。仿真结果表明:该机器人能够对蔗田地形进行建图,建图分辨率为0.005 m,准确率为96.4%,为收割机的刀盘高度调节提供可靠的数据支持。

拉力式甘蔗剥叶机剥叶元件作业参数研究

拉力式甘蔗剥叶机剥叶元件合理的作业参数可有效改善剥叶机构剥叶质量,为降低含杂率,建立甘蔗剥叶过程仿真模型,采用单因素仿真试验分析剥叶辊筒转速、剥叶角度及剥叶辊筒中心距(剥叶元件交错深度)对蔗叶所受峰值应力的影响规律和蔗叶的剥离断裂情况,确定参数范围;在仿真分析基础上采用中心组合法进行多因素样机试验,探究3个作业参数对含杂率的影响规律并得出最佳作业参数:剥叶角度120°、剥叶辊筒中心距77.2 mm、剥叶辊筒转速128 r/min、最小含杂率为2.03%,样机试验验证所得含杂率结果为2.09%。为改善拉力式甘蔗剥叶机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。

马铃薯机械化收获技术进展与展望

马铃薯是我国第四大粮食作物,种植面积和产量均居世界第一,但机械化收获技术水平与快速发展的马铃薯产业仍然不相匹配,与欧美发达国家相比存在较大差距。为此,基于国内外马铃薯机械化收获技术研究现状,分别对马铃薯分段和联合收获中关键技术的研究进展进行归类和阐述,并对马铃薯机械化收获技术发展趋势进行展望,旨在为从事马铃薯机械化收获技术研究的工程技术人员提供参考。

基于梯度点阵结构的浆果变刚度柔性夹持机构设计

【目的】根据浆果在采摘、分拣等环节中的夹持性能需求,在机器人末端使用高刚度驱动连接和低刚度无损夹持的夹持机构,有效推进农业机器人在浆果生产领域的推广。【方法】针对典型浆果-小番茄的夹持工况,引入多层级拓扑优化理论,提出基于梯度点阵结构的变刚度柔性夹持机构设计方法,构建变刚度柔性夹持机构的优化设计模型,实现由单一材料构建的刚度梯度分布的一体化柔性夹持机构设计。【结果】采用Polyjet增材制造技术,加工获得柔性质量约45 g的夹持机构样件。对茂名‘千禧’小番茄的夹持试验发现,夹持机构样件输入端的驱动载荷为11.00~14.56 N时,小番茄的压缩率为0.90%~1.91%,机械损伤度为0。【结论】优化设计的变刚度柔性夹持机构可有效且几乎零损伤地夹持外表层较为脆弱的浆果,为浆果自动化采摘、分拣等环节中夹持装备的设计提供了可行的设计方法。

中国玉米收获技术与装备发展研究

阐述了中国玉米种植模式、收获工艺及收获装备与发达国家的差异,以及中国玉米收获机械的研发历程和主要机型。阐述摘穗、剥皮及茎秆处理等通用技术与装置的特点,以及中国在不分行玉米收获技术方面的研究与探索。分析了当前制约中国玉米收获机械化发展的主要因素、国外玉米联合收获机的发展趋势和中国各玉米产区种植与收获特点,指出了中国应在农机农艺融合的基础上,因地制宜地开发适合本地区的玉米联合收获装备。

收获时期对稻麦轮作水稻机收损失构成的影响

为了研究稻麦轮作区水稻机械化收获损失构成特征及其不同收获时期的变化规律,该文在统一管理的同一水田,从全田90%的谷壳变黄开始至100%谷壳变黄止共12 d进行机收试验,测试水稻千粒质量、收割机夹带稻谷质量、割台碰撞掉粒数量、收获的稻谷质量等的变化情况。研究结果表明,水稻机收损失呈一元二次方程变化规律,越靠近11月11日的最佳收获日作业,损失率越低。计算得到稻麦轮作区水稻机收适时性损失系数为0.0009,相对损失率稳定在1%左右,绝对损失率在1.00%-6.80%之间变化。干物质损失是机收总损失的最主要来源,11月9日至13日平均总损失率为1.38%,平均干物质损失率为0.42%,占水稻机收总损失的30.43%;11月4日至18日,平均总损失率为3.61%,平均干物质损失率为2.61%,占水稻机收总损失的72.30%,最佳收获期应为11月9日至11月13日,即最佳收获日左右5 d。该研究可为稻麦轮作区水稻收获机械优化配置提供参考。

秸秆圆捆机捆绳机构的参数优化与试验

针对我国中小型圆捆机收获的秸秆捆易于膨胀松散、甚至散捆的问题,设计了一种与钢辊式圆捆机相配套的捆绳机构。在秸秆捆力学特性测定及其膨胀变形影响因素分析的基础上,利用钢辊式圆捆机试验台,选取影响捆绳机构性能的导绳轮半径、链轮中心距圆捆机侧壁的安装距离、以及捆绳在秸秆捆端部缠绕的圈数作为试验因素,以秸秆捆膨胀率和捆绳消耗量为评价指标进行试验研究。结果表明:对秸秆捆膨胀率贡献率依次为安装距离、导绳轮半径、圈数;对捆绳消耗量贡献率依次为导绳轮半径、安装距离、圈数。当试验因素参数组合为圈数2圈、导绳轮半径70 mm、安装距离62 mm时,秸秆捆膨胀率为4.42%,捆绳消耗量为2.93 kg/t。研究结果可为圆捆机捆绳机构的研究和设计提供理论及技术依据。

机器视觉技术在农产品收获和加工自动化中的应用

综述了国外农产品收获和加工自动化方面的研究进展 ,介绍了国外在识别被叶子遮挡或部分重叠的果实、树上果实的全天候识别技术 ,果实成熟度的检测方法 ,以及农产品加工中的自动定位、定向、杂质检出和质量控制等方面所取得的研究成果。

大功率农机作业效率与机组合理运用模式的研究

为了科学管理、合理运用大功率农业机械,提高机组的作业效率,在调查测试播种和麦收作业的基础上,对测试机组分别进行了时间利用率和作业效率分析。结果表明:影响播种作业和小麦割晒作业时间利用率与总作业效率的主要因素分别是加种子肥料、故障维修和地头转向,个别机组存在动力匹配不合理的问题。根据调查和分析的结果,针对大功率农机作业中存在的问题提出了机组的合理运用模式。

整秆式甘蔗收获机剥叶断尾机构设计与试验

结合甘蔗自身材料特性及在剥叶运动过程中的受力分析,提出剥叶断尾机构采用三角形布局方式,以利于在剥叶过程中实现耙叶、剥叶和断尾的功能,并在剥叶断尾试验平台上进行了正交试验研究,得出了较优参数组合为:耙叶辊转速700 r/min、剥叶辊转速900 r/min、耙叶齿交错深度40 mm和剥叶刷交错深度30 mm。试验结果表明,此剥叶断尾机构具有较好的剥叶与断尾效果,从而验证了剥叶断尾机构的可行性。

单行甘薯秧蔓回收机设计与试验

针对目前国内甘薯秧蔓粉碎还田不能回收饲用或人工收割秧蔓劳动强度大的难题,该文设计了一种单行甘薯秧蔓回收作业机,可一次完成秧蔓喂入、切割粉碎、输送及集箱回收作业。应用Box-Behnken试验设计方法,以刀辊转速、机具前进速度、刀片离地间隙为试验因素,以秧蔓回收率、留茬长度、伤薯率为试验指标,对甘薯秧蔓回收机的工作参数进行试验研究,建立了试验指标与试验因素之间的回归模型,分析了各因素对试验指标的影响,并对试验因素进行了综合优化。最优工作参数组合为:刀辊转速2 000 r/min、机具前进速度2.5 km/h、离地间隙15 mm,秧蔓回收率为93.16%、留茬长度为33.8 mm、伤薯率为0.26%。研究结果可为甘薯秧蔓机械化回收饲用提供参考,对甘薯产业的轻简化生产、节本增效具有重要意义。

射流式马铃薯输送泵性能试验

为了研究射流式马铃薯输送泵的性能,该文根据马铃薯输送的特点设计了一台射流式马铃薯输送泵,通过试验的方法对流量比、面积比和输送高度3个因素对输送性能的影响进行了研究,并分析了不同工况对马铃薯损伤的影响。研究结果表明:马铃薯的最高输送能力达1 667.46 kg/h;在相同的输送高度和面积比下,输送能力和泵水功率随着流量比的增加而增加;在相同的被吸流体流量和扬程下,输送能力随着面积比升高而降低;在相同的面积比和工作流体流量下,输送能力随着输送高度的升高而降低,而输送单位质量马铃薯的能耗随之升高;在大部分工况中,马铃薯在输送过程中没有损伤;但是在少数流量比较低的工况中,由于回流的作用,马铃薯可能与喷嘴或者泵内壁面碰撞而导致损伤;综合考虑输送能力和马铃薯损伤,在试验所涉及的工况中,射流式马铃薯输送泵面积比1.75,流量比0.49,输送高度1.40 m为输送马铃薯的最优工况。

基于数学形态学的相接触草莓果实的分割方法及比较研究

多个草莓在田间经常相互接触。为了便于机器人的自动化采摘,需将相接触的多个成熟草莓果实分开,并给出各个草莓的重心坐标。基于数学形态学的方法,研究了两种针对这种较复杂情况的成熟草莓果实分割的方法,即聚类快速分割法和分水岭区域分割法。首先对成熟草莓果实和背景使用BP神经网络方法进行分割,然后进行灰度化、二值化、孔洞填充等初步处理,最后分别利用聚类快速分割法和分水岭区域分割法分割相接触成熟草莓果实图像。两种分割方法可分别得到两个果实区域,通过对这两个区域计算重心即可为机器人采摘提供重心数据。结果表明,两种分割方法都能将相接触区域分开,各有优缺点和适用性。

基于接口的小型农业作业机模块划分方法

产品模块化设计时模块划分的合理性直接影响实现大规模定制生产的效果。提出了一种通过接口关系进行模块划分的方法,将零件接口关系用模糊隶属度函数进行定量化描述,在模糊图上通过割集的方法实现模块的合理划分。以SF5系列小型农业作业机产品为例,通过模块化设计将不同模块进行组合,可满足农林牧多行业用户的功能需求。