农业机械土壤压实研究方法现状

通过文献调研和专家咨询的方法,综述现有国内外土壤压实测试方法,并分析其特点和性能,为我国科研工作者以后在土壤压实领域开展研究提供借鉴。

立式驱动浅旋耙设计与参数优化

针对中国黄淮海地区保护性耕作少免耕作业、表土耕作时对地表平整度、表层碎土效果要求较高的特点。研究设计了一种立式驱动浅旋耙,通过对由作业机构参数进行设计优化、刀具的运动学分析与动力学分析,得出了影响土壤受力的因素为机具前进速度与刀具转速,并采用离散元仿真分析对影响因素进行进一步分析。通过田间验证试验,以碎土率、土壤容重、地表平整度为试验指标,对立式驱动浅旋耙进行性能优化试验。结果表明:在前进速度为 1.4 m/s,刀具转速为 350 r/min 时,其碎土率为 95.4%,土壤容重为 0.82 g/cm^3,土壤平整度为 16.3 mm,满足少免耕作业前碎土及秸秆覆盖要求。该研究为少免耕播种前的地表浅旋作业机具提供了参考。

大型高地隙自走式喷雾机转向系统结构设计及优化

转向系统作为大型高地隙自走式喷雾机的重要组成部分,其性能的优劣直接影响喷雾机的操纵稳定性、行驶平顺性和施药效率,合理的转向传动机构可以有效减小车辆转向过程中的侧滑及轮胎磨损。针对大型高地隙自走式喷雾机结构特点和作业环境,结合转向系统设计要求,在转向定位参数设计计算的基础上,设计一种适用于大型高地隙自走式喷雾机转向传动机构,建立其准确的三维模型,并利用ADAMS/Car进行平行轮跳试验,最后利用ADAMS/Insight对其结果进行转向定位参数优化。仿真结果表明:优化后的转向系统在轮跳幅值为±50 mm的仿真试验中,前轮前束变化幅度减小72%,前轮外倾角变化幅度降低58.4%,立轴内倾角变化幅度减小16.9%,变化幅度显著减小且更加平缓,提高整车的操纵稳定性,减少转向过程中的轮胎磨损,可更好地满足高地隙自走式喷雾机的转向作业需求。基于自主研制的3WPG-3000型高地隙自走式喷雾机,搭建转向系统实车试验平台,通过GPS设备,对不同转向模式下喷雾机的同心圆转向轨迹进行测定,试验结果表明,两轮转向模式下转向半径为6.85 m,四轮转向模式下转向半径为5.12 m,同时,所设计的转向系统在不同转向模式下均可较好地完成同心圆转动,可以满足喷雾机在不同工况下的转向需求。

中国北方地区深松对小麦玉米产量影响的Meta分析

为了研究中国北方地区不同地域、作物、气候类型、试验年限下,深松旋耕(subsoiling and rotary tillage,SSRT)、深松免耕(subsoiling and no tillage,SSNT)对小麦玉米作物产量的影响,该文以旋耕(rotary tillage,RT)作为深松旋耕(SSRT)对照;以免耕(no tillage,NT)作为深松免耕(SSNT)的对照,根据已发表的相关田间试验数据,采用Meta分析方法,定量分析不同因素对SSRT与RT、SSNT与NT处理中作物产量相对变化率的影响特征。结果表明,与RT、NT相比,SSRT、SSNT分别使玉米小麦总体增产8.62%和10.17%;深松在东北、西北和华北地区均能提高玉米小麦产量;SSNT年降雨量≥600 mm和年平均气温>12℃时能显著提高作物增产量;持续深松免耕2~3 a比≥4 a增产显著。因此,在中国北方免耕农业区年降雨量和年平均气温较高的地区,采用深松免耕有利于作物的增产,并建议可隔年或2a深松1次。该研究成果可为深松技术在中国北方地区推广应用提供参考。

便携式人工模拟降雨装置的设计与率定

用人工模拟降雨研究径流,可以大大缩短试验周期,加速雨水入渗规律和土壤侵蚀规律的研究进程。目前的人工模拟降雨装置普遍存在体积庞大、操作复杂、试验成本高等问题,在现实应用中难以推广。该文针对以上问题设计了一种由喷淋系统和供水系统构成的便携式人工模拟降雨装置。该装置采用单喷头、下喷式模拟降雨结构,通过控制输水管道供水压力和改变喷头型号,实现了不同雨强、不同历时的人工模拟降雨过程。通过降雨特性试验表明,该装置可实现降雨强度为0～140mm/h的模拟降雨,降雨均匀性能保持在80%以上,雨滴直径主要分布在0.1～5.5mm之间,能够满足不同直径的雨滴获得2～2.9m/s的终点速度。试验结果与天然降雨有较高的相似性,可有效实现模拟降雨。

玉米去雄机去雄作业控制系统设计与试验

为推动中国玉米制种去雄机械化的进程,针对中国农业大学协助研制的去雄机,该文设计了一套包括主控板、显示屏和控制面板的去雄作业控制系统。系统可通过按钮操作实现去雄机构高度的手动调整,也可通过玉米穗高度信息的采集,控制算法的推导实现去雄机构高度的自动调整。系统控制参数由去雄机构的运动分析、车辆的作业车速和液压系统特性获得,并通过显示屏进行设置和显示。田间试验结果表明:去雄机安装本系统进行去雄作业,去雄效率是人工的18倍,去雄率达到96.16%,且去雄误差小于5%,满足去雄作业要求。该系统的设计为玉米去雄机的研制提供参考。

双凸轮连杆型排种施肥无级变速器设计与试验

针对目前国产机械式施肥播种机中种肥排量无级调节装置种类较少、电液式种肥排量无级调节装置成本较高,变量播种施肥作业调节范围有限、准确性与均匀性较差等问题,该文提出了一种基于连杆机构与凸轮机构实现无级变速的方法,并设计了相应的双凸轮连杆型无级变速器,它由输出机构、传动机构及调节机构共同实现对输出轴转速的无级调节。运动学仿真分析表明:无级变速器的机构设计合理,凸轮的轮廓曲面质量较高,设计方案可行;性能校验试验表明:随着传动比的变化,输出转速的相对误差值基本在0～10%的范围内波动,占空比值在其理论值附近的波动幅度不超过10%,均满足种肥排量调节的传动比精确性与传动平稳性要求。该研究可为变量施肥播种机的设计提供参考。

旋耕起垄机设计与试验

为提高农用机械的教学质量,在现代农业装备设计与试验教学中,选定设施园艺用旋耕起垄一体机作为教学对象,进行了设计、仿真、试验各个环节的训练。设计阶段,依据与电动拖拉机匹配要求,确定了整机方案和参数,并采用Pro/E和ANSYS建立模型,对关键部件进行静力学分析;性能仿真阶段,采用LS-DYNA对旋耕刀辊切削土壤的作业性能进行分析,得到旋耕刀辊切削土壤时功率和受力的变化情况;土槽试验中,分析了影响旋耕起垄机功率消耗的因素,主要有刀轴转速、机组前进速度、耕深及土壤条件;挂接机组试验中测得旋耕起垄机消耗的功率,验证了理论与实测的一致性。

机械式小麦射播排种器参数优化与试验

针对机械式小麦射播排种器作业过程中存在的种子碰撞力较大、破损率高的问题,该研究采用TRIZ(Theory of the Solution of Inventive Problems)理论对小麦机械式射播排种器的关键部件参数进行优化,通过对种子在排种器内部的运动学分析,确定了影响小麦种子与排种器内部碰撞程度的因素为排种器转速、叶片后倾部分曲率半径与叶片安装角度,采用EDEM软件模拟小麦种子在排种器内部的运动情况,以种子破损率、平均排种速度与播种深度变异系数为试验指标,进行台架试验,结果表明,当排种器转速为1000 r/min,叶片后倾部分曲率半径为40 mm,叶片安装角度为15°时,种子破损率为1.1%,平均排种速度为32.5 m/s,播种深度变异系数为8.9%,满足小麦播种作业要求。

气力集排式排肥系统结构优化与试验

针对气力集排式排肥系统与分层深施肥铲配合作业时,进肥口处肥料落入不顺畅以及排肥口处气流速度过大导致肥料弹跳和地表扬尘等问题,该研究通过分析排肥系统各部件结构参数与工作参数之间的关系,对排肥系统进行结构优化,并设计了一种气-肥分离装置,将部分输送气流提前从排肥系统排出,从而降低排肥口处的气流速度,提高进肥口的进料稳定性。通过理论分析和参数计算,确定了排肥系统各组成部件的结构和基本工作参数,分析确定了影响排肥口和进肥口处气流速度的主要因素,并以排肥口和进肥口处的气流速度为试验指标,以气-肥分离装置的排气口面积、排肥系统入口气流速度和施肥速率为试验因素,进行二次正交旋转组合台架试验,建立了试验指标与各影响因素的数学回归模型。通过对试验结果的拟合和优化分析,得到气-肥分离装置排气口面积为798.0mm^2。排肥系统入口气流速度为28.10 m/s,施肥速率为0.28 kg/s时,排肥系统排肥口气流速度为5.91 m/s,进肥口气流速度为3.94 m/s,以得到的优化参数进行试验验证,测得排肥系统排肥口气流速度为6.02 m/s,进肥口气流速度为4.11 m/s,排肥系统进肥口肥料落入顺畅,工作稳定。

高地隙自走式玉米去雄机驱动系统设计与特性分析

针对中国高地隙自走式玉米去雄机研究起步晚、技术基础薄弱等问题,该文提出了一种静液压驱动系统方案并对驱动系统特性进行了仿真分析和试验研究。根据去雄机的结构特点,建立了包含四轮独立悬架系统及驱动系统的高地隙自走式玉米去雄机整机数学模型。利用Matlab/Simulink建立了仿真模型并进行了仿真分析,利用去雄机样机进行了实车试验研究,得到去雄机在I挡、II挡和III挡时能达到的最高车速分别约为15、19和24 km/h,稳态压力分别为6.361、7.286和8.717 MPa左右,可分别满足不同的作业工况需求,驱动系统动态响应快,性能良好。通过对比分析有无悬架去雄机驱动系统压力对地面激励的响应,得出有悬架去雄机压力波动小、变化平稳,悬架有效地缓解了地面冲击、改善了驱动系统性能。研究结果表明该文所建整机模型是正确的。该文可为中国高地隙自走式玉米去雄机的研发提供参考。

犁耕作业大马力拖拉机驱动轮滑转率控制方法

针对犁耕作业时大马力拖拉机驱动轮易产生过度滑转的问题,该研究以大马力拖拉机电液悬挂机组为研究对象,考虑"拖拉机-农具-土壤"系统的强非线性特征,在建立大马力拖拉机犁耕作业机组非线性系统动力学模型的基础上,提出基于滑模变结构控制的大马力拖拉机驱动轮滑转非线性控制方法;并以模糊PID控制为对比,采用Matlab/Simulink验证本文动力学模型的正确性和控制算法的有效性;以Lovol-TG1254型大马力拖拉机为载体,搭建犁耕作业大马力拖拉机驱动轮滑转控制平台,开展田间对比试验,并分析不同控制方法下的滑转控制效果,验证滑模变结构控制算法的控制精度和稳定性。试验结果表明:在2.17m/s的犁耕作业工况下,与模糊PID控制算法相比,滑模变结构控制算法将拖拉机驱动轮滑转率有效控制在最优值0.2,平均绝对值偏差为0.008,减小了约27%,最大偏差为0.028,减小了约49%;耕深、液压缸位移和水平牵引力调节变化量分别减小了27%、36%、42%。该研究提出的基于滑模变结构的大马力拖拉机驱动轮滑转控制方法可实现犁耕作业驱动轮滑转最优目标控制。

近红外光谱和特征光谱的山茶油掺假鉴别方法研究

山茶油素有"东方橄榄油"美誉,实现掺假山茶油的鉴别具有重要实用价值,采用近红外光谱技术对掺有葵花油的山茶油进行检测。分别以1%,5%,10%为梯度制备掺假比例不同的山茶油样品,并根据掺假比例将其分为A组(0%~5%)和B组(6%~10%)共11个样品,C组(15%~40%)6个和D组(50%~100%)6个样品。将每个掺假样品充分混匀后再分为9份,依次采集其1 000~2 500nm范围的吸收光谱,共获得207条光谱曲线。每组样品的光谱数据按2∶1随机分为训练集与验证集。经去除首尾噪声后,通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)降维,并利用前四个主成分建立了鉴别山茶油不同掺假等级的主成分-支持向量机判别模型,训练集与验证集的总体判别准确率分别达96.38%和94.20%;进一步,通过对前四个主成分的载荷系数的分析,并结合原始光谱,提取建模过程中权重较大的波长并解析其化学含义,最终确定出五个特征波长:1 212,1 705,1 826,1 905及2 148nm,以此波长重新建立近红外特征光谱山茶油掺假等级判别模型,对训练集与验证集的总体判别准确率也达到了94.20%和92.75%。研究结果表明,利用近红外光谱和特征光谱均能够较好实现山茶油掺假等级的鉴别,同时所建立的近红外特征光谱模型也为设计相应的掺假山茶油实用便携式检测仪器提供了理论基础。

基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析

为从理论上深入探讨载荷频率对疲劳寿命的影响,引入功率密度的概念,并基于功率密度和时频分析提出一种疲劳寿命预测方法,在疲劳分析过程中可同时考虑应力幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。以某型号自走式玉米收获机为研究对象,在调研数据和有限元分析的基础上,确定车架上危险点位置,设计并实施了应变信号采集试验方案,对收获机各工况下车架危险位置的动态应变进行采集,获得各测点在不同工况下的载荷-时间历程。在实测载荷基础上,利用基于功率密度的疲劳分析方法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测,得到危险点的疲劳寿命为394 h,与名义应力法分析得到的疲劳寿命（845 h）相比较,更接近实际工作寿命（400-500 h）。该研究为农业装备关键部件的疲劳寿命提供更精确的分析和预测方法,并促进疲劳分析理论的发展。

打结器驱动齿盘打结性能对比试验研究

驱动齿盘作为方草捆压捆机打结器的重要组成零件及总动力源,其参数特征对打结器成结率有着必然影响。目前打结器成结率受夹绳、割绳、脱扣不充分等影响严重,而驱动齿盘结构及参数对该失误影响显著,该文针对以上问题设计了分体式驱动齿盘CTRC_I和CTRC_II。其中分体式驱动齿盘CTRC_I由CTRC底盘与反"9"字型凸轮块组成,CTRC_II由CTRC底盘与圆弧切线型凸轮块组成。在相同试验条件下,通过与NewHolland驱动齿盘进行室内试验对比分析可知,CTRC_I齿盘的稳定成结率(90.0%)显著高于(P<0.05)NewHolland(83.5%)和CTRC_II齿盘(65.0%),凸轮结构对成结效果影响显著。NewHolland齿盘与剑麻绳、CTRC_I齿盘与聚丙烯绳、CTRC_I齿盘与剑麻绳等3种配合具有较好的稳定成结率,比其他配合高22.7%～53.5%。不同转速下,CTRC_II齿盘对捆绳的平均最大拉力最大,CTRC_I齿盘最小。CTRC_I齿盘所成绳结质量最高,但捆绳非有效消耗量也相对最大。最终采用层次分析法和功效系数法进行综合效益分析可知,CTRC_I和NewHolland齿盘综合性能优于CTRC_II齿盘,且CTRC_I与聚丙烯绳配合时,综合性能最好。

炭化秸秆覆盖用于保护性耕作的试验研究

针对一年两熟区保护性耕作地块秸秆量大,全秸秆覆盖播种时机具易堵塞、影响出苗等问题,该研究通过6种不同处理方式的田间试验,研究了不同耕作与地表覆盖结合方式对土壤水分状况、作物生长特性及作物产量的影响。结果表明,与免耕秸秆覆盖相比,虽然含水率略低,但免耕农业碳覆盖不仅能够解决秸秆量大易堵塞、晾籽等现象,而且能够提高作物生长特性如出苗、株高及作物产量,对保护性耕作的推广与发展具有促进作用。

基于逆向数据的强制脱扣型方草压捆机打结器

通过逆向工程原理,以D型打结器为基础,设计了一种强制脱扣型打结器,并对打结器性能进行了Pro/E模拟仿真。设计的强制脱扣型打结器主要由摆动滚轮式凸轮机构,不完全鹰嘴齿轮机构,不完全初级夹绳锥齿轮传动机构,次级夹绳斜齿轮螺杆传动机构等组成。以测绘数据为基础,经运动学和齿轮啮合特性分析确定不完全鹰嘴锥齿轮机构轴交角Σδ′=96°,不完全夹绳锥齿轮轴交角Σδ″=96°,次级夹绳斜齿轮螺杆传动机构轴交角Σδ=80°。设计驱动齿盘凸轮结构的凸轮轮廓线由两圆及其切线组成,其中两圆半径R1=28mm,R2=18mm。Pro/E模拟仿真试验结果表明:强制脱扣型打结器平稳运动无干涉产生,驱动齿盘凸轮结构和机架凸轮结构曲面质量较好,凸轮从动件能按预定时间实现间歇,无跳跃现象产生;主要机构间动作时间配合恰当,保证了打结过程各动作依序顺利完成,能够满足打结器实际作业需求。

我国保护性耕作技术研究现状及展望

保护性耕作是我国一种重要的耕作模式,对于保障我国粮食安全以及促进农业可持续发展具有重要意义。为此,介绍了我国近几年机械化免耕播种面积、机械深松面积、机械化免耕覆盖播种面积及保护性耕作面积变化情况;结合保护性耕作工艺特点,对秸秆残茬处理、免少耕施肥播种、土壤深松和杂草病虫害防治等关键技术研究现状进行了分析,总结了现有的秸秆还田、免耕播种、深松机械和植保机械等相关配套机具的工作原理及作业特点,并对相关典型机具进行了介绍。最后,对于目前保护性耕作存在的问题提出了一些解决方案,为我国保护性耕作的研究及发展提供参考依据。

联合整地作业机具的研究现状

联合整地作业机具有保护土壤、效率高、成本低、空气污染少等优点,对于促进保护性耕作及发展可持续农业具有重要的意义。为此,总结了国内外典型的联合整地作业机的研究现状,详细介绍了旋耕联合整地作业机与圆盘耙联合整地机的主要结构特点,并对同类机器进行了对比分析,指出了现有的联合整地作业机存在的缺陷和研究不足等问题,为联合整地作业机的研究提供参考依据。

基于自动取阈分割算法的秸秆覆盖率检测系统

在分析保护性耕作地块覆盖秸秆和土壤亮度存在差异的基础上,以MATLAB为工具,采用自动取阈图像分割算法,提取田间实拍图像中的秸秆及土壤信息,统计图像中秸秆覆盖面积,利用秸秆覆盖率算法实现对地表秸秆覆盖率的自动检测。系统经田间模拟试验校正后,田间测试误差可控制在4%以内,平均检测效率可提高约72倍,为开展保护性耕作技术秸秆覆盖研究提供了一种可行有效的方法。