振动挤压式荸荠收获机的设计与试验

针对旱收荸荠(Eleocharis dulcis)时人工劳动强度大、作业效率低和果土分离困难的问题,设计了一种振动挤压式荸荠收获机。通过对作业过程中荸荠土块的受力分析,确定了影响分离性能的关键参数为振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速,并根据已有经验初步确定关键参数取值范围。以振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速为影响因素,以土层破碎率为评价指标,利用Design-Expert 10.0设计CCD中心组合试验,通过RecurDyn-EDEM耦合进行仿真,确定当振动板振幅为33.04 mm、振动板振频6.63 Hz、钉齿辊转速336.72 r/min时,存在较优破碎效果,土层破碎率为93.58%。以振动板实际振幅32.41 mm、振频6.5 Hz,钉齿滚转速330 r/min进行田间验证试验,结果显示,实际土层破碎率93.54%、明荠率80.33%、损伤率28.08%,碎土效果好,与仿真结果拟合度高。试验结果表明,通过增强土层破碎效果进而提高果土分离程度,使得分离后的荸荠抛撒在表层,便于人工捡拾。

油菜抗倒伏测试风洞关键部件仿真与试验

为解决现有油菜抗倒伏品种选育周期长、难度大等问题,依托计算流体力学软件Fluent建立油菜抗倒伏测试风洞模型,对风洞扩散段、稳定段、收缩段等关键部位进行参数设计及仿真试验,分析该模型对风洞流场品质的影响,最终通过正交试验选择最佳设计方案。结果显示,单因素试验中,收缩段长度Lc增加,风洞出口风速变异系数增加,气流品质下降;随稳定段长度Lw增加,风洞出口风速变异系数先减小后增加,稳定段长度1000 mm时,风速变异系数最低,气流品质最佳;阻尼网距稳定段出口长度增加,风洞出口风速变异系数先降低后增加,阻尼网距稳定段出口0.65Lw时,风速变异系数最小。正交试验结果显示,收缩段长度600 mm、稳定段800 mm、阻尼网距风洞出口0.65Lw时,对应风洞试验区风速平均变异系数为0.139,风速较其他方案更稳定,气流品质最佳。实测验证发现,与仿真结果相比,实测风速大小无明显差别,且实测结果中各截面风速变异系数略优于仿真值,整体仿真结果与实测效果拟合较好。

基于刚柔耦合虚拟样机模型的收获机振动舒适性仿真分析

采用SolidWorks、有限元分析软件与RecurDyn相结合的方式建立收获机的人-机-路面系统的刚柔耦合虚拟样机模型,以驾驶员全身振动加权加速度均方根值为评价指标,仿真模拟收获机在水稻、小麦以及油菜田行驶时的振动舒适性。结果表明,行驶速度、路面硬度、竖割刀的添加对收获机振动舒适性影响较大,路面硬度越大、收获机行驶速度越快,人体的主观不舒适性感受就越强烈;竖割刀的添加增强了人体的不舒适感。

基于RGB植被指数的大田油菜图像分割定量评价

以自然光下大田油菜幼苗图像为研究对象,运用超红指数ExR、超绿指数ExG、超绿超红差分指数ExGR、归一化植被指数NDI、植被提取颜色指数CIVE、植被指数组合COM等6种常用植被指数和阈值算法分割具有阴影区域的大田油菜图像,同时试验中引入定量评价标准客观评价常用RGB空间植被指数的分割效果。结果表明:定性分析中COM指数优于其他5种植被指数,能够减少阴影带来的分割影响,并在局部叶片分割试验中保留完整叶片轮廓;定量分析中COM指数提供最佳分割精度、灵敏度和特指度分别为94.1%、97.2%、90.9%,其相应标准差为1.1、1.3和0.06。

果园割草机器人甩刀设计与分析

果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关,结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性,基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型,模型分析表明,在不出现缠草的条件下,甩刀轴转速1500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明,设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时,割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明,刀片座间距43 mm、刀轴转速1500 r/min、前进速度1.0 m/s时,重割率最小。

一种并联缆绳牵引式山地果园运输机的建模与分析

为进一步提高山地果园运输机的灵活性与可重构性,设计一种缆绳牵引式无轨果园运输机,通过在果山上设立桩点,控制并联钢丝缆绳的运动来实现果园低空运输。在建立并联机构的三维空间路线模型基础上,分析运输机工作过程中缆绳的运动与受力,阐明运输过程中缆绳速度与牵引力的变化规律。仿真结果表明:基于并联结构的缆绳牵引式果园运输机在不同的运输路径偏角下,运输过程中的缆绳速度与牵引力的变化缓慢且均匀。并联机构保证了系统工作时的稳定性,其可重构的特点进一步扩大了运输机的适用范围。

4BZ-800型荸荠收获机设计与试验

针对荸荠(Eleocharis dulcis)收获劳动强度大和可应用于实际生产的收获机具匮乏的问题,结合荸荠种植田土壤条件和现有人工收获方式,设计了一种应用于带水收获的自走式荸荠收获机。该机由行走系统、传动系统、旋转扰动装置、提升分离装置、收集装置等组成,整机传动系统分为液压传动部分和机械传动部分,液压传动部分为收获机行走系统和挖掘收获装置提供动力,可实现机具行走速度控制、挖掘收获装置高度调节、旋转扰动装置转速控制、提升分离装置转速控制,机械传动部分可为各级旋转扰动辊及提升分离装置间提供稳定的转速差,保障收获过程顺利进行。三级旋转扰动辊构成旋转扰动装置,实现对土壤和水分的充分扰动混合;齿形挖掘铲和升运链构成提升分离装置,完成荸荠果实的挖掘、果土分离、升运工作。田间试验结果显示,该机可一次性完成荸荠的挖掘、果土分离、升运、收集等工作,试验条件下该型荸荠收获机田间道路最大行驶速度为0.97m/s,田间差速转向最小转向半径为2.1 m,原地转向半径为1.3 m,最大爬坡角度为24.2°,果实挖净率为53.19%,损伤率4.21%。

油菜播种质量监测系统设计与试验

【目的】为了获取油菜播种质量信息,并实现信息的显示、远程传输与云存储,提出了一套油菜播种质量监测系统。【方法】该监测系统由油菜籽传感检测装置、播种监测终端、播种质量信息云存储平台组成。采用多种形式小粒径种子传感检测装置实现对播种质量信息的实时获取,基于射频通信模块实现与播种监测终端的数据交互;监测终端完成信息显示,并通过北斗定位单元对播种质量信息位置进行精确定位;通过无线传输模块,实现油菜播种质量信息数据的远程传输和云存储。搭建油菜播种质量监测系统试验台,通过田间试验验证系统的稳定性和可靠性。【结果】设计的油菜播种质量监测系统能通过内嵌的北斗定位单元获取播种机经、纬度信息,同时可利用4G无线传输模块将播种质量信息及定位信息传输至云存储平台。台架试验结果表明,当排种器落种频率为16.5~26.2 Hz时,检测准确率不低于97.1%,采集的油菜播种质量信息均能够传输至播种监测终端并进行显示;播种质量信息均准确上传至云存储平台数据库,传输时长不超过2 s,且与终端显示数据一致。田间试验验证结果表明,排种频率为17.4~25.5 Hz时,检测准确率不低于96.6%,且系统运行正常。【结论】该系统为油菜播种过程智能化提升、播种状态图生成及产量预测提供了技术支撑。

铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统设计与试验

为实时监测施肥量以提高施肥精度,设计了一种可对肥箱剩余肥量实时监测的铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统。该监测系统由称质量、多路排肥量监测两部分组成。其中,称质量部分主要由铰链杠杆机架、平行梁称质量传感器等组成,以平行梁称质量传感器为工作元件,承载并测量安装在铰链杠杆机构上方的肥箱以及肥箱内实时肥料质量。多路排肥量监测部分由控制器、排肥量监测、数据通讯、监视器等模块组成,负责收集各称质量传感器获取的排肥量信号,并将其处理后传输至监视器交互界面便于对施肥系统作业参数实时查看、配置。田间试验结果表明,该排肥量监测系统可对各肥箱排肥量独立、同步实时测量,其监测相对误差最大为4.79%,最小为3.55%。

谷物联合收获机方向盘总成的模态分析与结构优化

以某谷物联合收获机方向盘总成为研究对象,基于Pro/E软件建立其几何模型,采用有限元分析软件(ANSYS)对方向盘组合体模型进行模态分析。结果表明,模型第一阶固有频率为44.005 Hz,位于人手敏感振动频率范围37.5~65.0 Hz,对操作人员身体健康具有较大影响。为了调整组合体模型的固有频率以避开人手的敏感频率范围,在将方向盘骨架材料更换为45钢的基础上,通过增大转向柱和传动轴的直径对组合体进行结构优化。优化后组合体模型第一阶固有频率由44.005 Hz提升至67.31 Hz,避开了人手敏感的振动频率,同时也避开了发动机激振频率。结构优化后的模型可避免共振现象的发生,并提升作业人员的操作舒适性。

水田土壤黏附力测量仪设计与试验

为快速准确原位获取水田土壤黏附特性,结合水田土壤环境特征与黏附力测量原理,设计了一种便携式水田土壤黏附力测量仪,其由黏附力测盘、水平驱动装置、拉拔装置、PLC控制部分、机架及相关连接件构成,其控制系统采用GX Works2编程软件进行指令编辑。以法向拉拔速度v n、切向速度vτ、水田土壤空间深度为影响因素,利用该测量仪开展水田土壤黏附力单因素试验,初步获取了上述因素对水田土壤接触界面黏附力的影响机制。结果表明,在试验条件下,随法向拉拔速度v n、切向速度vτ增加,土壤黏附力呈增大趋势;随水田土壤空间深度的增加,土壤黏附力呈先增后减小趋势。

菱角离散元粘结参数标定与剪切试验

针对菱角(Trapa bispinosa Roxb.)脱壳初加工装备设计与仿真分析时缺乏有效的离散元模型问题,开展菱角粘结离散元参数标定与样机试验工作。采用三维反求技术获取菱角轮廓模型,测取菱角本征参数及基本接触参数,得到菱角平均剪切力为352.95 N,并以此为标定目标,采用EDEM软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型建立菱角离散元模型,通过单因素试验筛选粘结参数标定范围,由二水平析因试验、最陡爬坡试验筛选显著因素及其标定区间,设计响应面试验求解粘结参数,确定离散元模型中的最优粘结参数组合,开展旋转剪切仿真试验及样机验证试验。结果显示:仿真得到的菱角脱壳剪切力为352 N,与实际误差为0.269%;菱角剪切刀具为矩形,转速230 r/min时,剪切力最小值为93.20 N,与预测值92.99 N的误差为0.215%;样机试验中矩形刀具在转速为230 r/min时各项性能指标最优,表明建立的菱角离散元模型可靠。

智能化技术在水稻生产全程机械化中的应用研究与发展趋势

智能控制是水稻生产全程机械化向智能化发展的关键核心技术。本文从水稻作业环节中的耕整地、种植、田间管理和收获四个方面概述分析了国内外水稻生产机具使用情况和机械化作业情况,着重阐述了智能化技术在水稻生产全程机械化中的应用研究,涵盖了耕深智能调节与自动平地技术、工厂化育秧移栽与精量直播技术、田间管理智能化技术(灌溉、施肥、除草和病虫害防治)、收获机在线监测和智能控制技术、自动导航与无人驾驶技术等。指出了制约水稻生产全程机械化向智能化发展的技术难点,并展望了其未来发展趋势,以期为智能化技术在水稻生产全程机械化中的应用提供参考。

犁旋组合式稻茬全量还田油菜直播种床整理机设计与试验

针对长江中下游地区稻茬田土壤黏重板结、地表秸秆量大且禁止焚烧导致油菜直播时机具易堵塞缠绕的难题,设计了一种犁翻埋茬、旋耕碎土、侧边作畦开沟的油菜直播种床整理机。该机主要由犁翻部件、旋耕部件及开畦沟部件组成,可实现秸秆全量还田、碎土平整及开畦沟功能;基于土垡运动规律确定了扣垡犁导曲线、直元线角及犁体尾翼长度等关键犁体曲面参数和犁体数量及距离等布局结构参数。田间试验显示:当机组前进速度由3.3 km/h增加至4.2 km/h时,整机牵引阻力增加了23.7%,功耗增加了57.2%。在旋耕深度相同作业条件下,当机组前进速度分别为3.3、4.2 km/h时,由于增加了犁翻部件,整机总功耗相比于单个旋耕机独立作业分别增加12.3%、20.7%,但有效提高了机组的通过性和整地的作业质量。与单个旋耕机相比,在2种工况下,整机的平均碎土率为92.8%,提高了2.6%,耕后地表平整度平均为11 mm,提高了39.0%,秸秆平均埋覆率为92.9%,提高了22.2%。试验表明,设计的整理机各项性能参数均满足油菜种植农艺要求。

基于CFD果园风送式喷雾机雾滴沉积特性研究

自制应用于柑橘园施药的风送式喷雾机,并基于CFD建立喷雾机雾滴运动轨迹及沉积模型,考察该喷雾机雾滴沉积特性及送风方向对雾滴沉积的影响。根据喷雾机尺寸参数,建立喷雾流场二维模型,并确定DPM模型参数,模拟获得距喷头不同距离的垂直截面上雾滴沉积量。试验结果显示:在距喷头1.0 m的范围内,雾滴沉积特性与试验结果相符,且在1.0 m范围内,送风角度的增加对雾滴飘移影响较小,随着与喷头距离的增大,送风角度对底部雾滴飘移损失的影响逐渐加剧;在距喷头1.0 m范围以外,雾滴沉积特性与实际试验结果偏差较大,但雾滴沉积量随与喷头距离的增大而逐渐减少的规律是一致的。

油麦兼用斜锥型孔轮式集排器设计与试验

为满足长江中下游地区油菜和小麦播种要求、提高播种机作业效率、简化播种机结构并有效控制机械式排种方式的种子易破损和堵塞型孔等问题,设计一种无需清种与护种装置的油麦兼用斜锥型孔轮式集排器,提出一种油菜双圈、小麦三圈型孔交错排布以及斜锥形型孔结构。构建充种、携种、投种和输种等过程的力学模型,分别确定排种器充种时的最小充填高度比基准高度低10mm、验证该集排器结构的合理性、得到油菜小麦型孔后倾角分别低于30°和15°时,油菜和小麦的最大投种角分别可达40.8°、34.4°以及油菜和小麦输种管与水平面夹角需不小于33°。正交试验结果显示,油菜型孔后倾角20°、充填高度为基准高度、转速20r/min,小麦型孔后倾角5°、充填高度20mm、转速15r/min,油菜、小麦各行排量一致性变异系数分别低于6.00%、6.32%,总排量稳定性变异系数分别低于1.25%、1.00%,破损率均低于0.5%。田间试验表明,油菜、小麦播种试验出苗效果良好。

基于差分量子退火算法的农用无人机路径规划方法

为解决不规则区域内农用无人机植保作业问题,以农用无人机的总飞行距离和多余覆盖率为指标建立模型,将无人机的植保作业航向角作为优化目标,并考虑有障碍物下的情形,采用差分进化算法(different evolution algorithm,DE)与量子退火算法(quantum annealing algorithm,QA)融合的方法对应用模型进行求解,分析算法的执行过程并进行MATLAB仿真试验。结果显示:在设定的不含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法(differential evolution algorithm-quantum annealing,DEQA)时无人机总的飞行距离分别减少101.52、73.00 m,转弯路径分别减少43.02、43.10 m,多余覆盖率分别减少22.25%和12.79%;在设定的含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法时无人机总的飞行距离分别减少73.24、24.54 m,转弯路径分别减少52.50、12.72 m,多余覆盖率分别减少72.34%、23.52%,其余指标均有所下降。仿真结果表明,采用差分量子退火算法能够完成农田区域路径规划问题,可为农用无人机路径规划提供技术支持。

手扶水力冲刷式挖藕机设计与试验

针对目前莲藕(Nelumbo nucifera Gaertn)机械化收获程度低、作业劳动强度大、莲藕采收效率低的问题,设计了一种手扶水力冲刷式挖藕机。该挖藕机采用液压系统控制污水潜水泵和喷头的往复运动,并利用2个污水潜水泵分别配置1个喷头的方式工作,保障水流有足够的流量与压力;应用AMESim软件对液压控制系统进行仿真,仿真结果显示,液压系统运行良好。以设计的手扶水力冲刷式挖藕机喷头的喷射角度、喷头的入泥深度、推移液压缸的移动速度为试验因素,以冲刷深度、浮出率为试验指标,开展三因素三水平的Box-Behnken试验,并进行响应面分析及参数优化分析。试验结果表明,当喷射角度为30°、入泥深度为-24 mm、移动速度为10 cm/s时,设计的挖藕机冲刷性能达到最优状态,此时挖藕机冲刷深度为302 mm,莲藕浮出率为90%。

稻麦两用螺旋舀种式排种器排种性能试验

设计了一种稻麦两用螺旋舀种式排种器,确定了该排种器关键部件的结构和参数;运用Design-Expert软件进行数据分析,得到最优参数组合,采用响应面试验方案,进行台架验证试验。结果显示:播种水稻时,在转速为45 r/min、倾斜角度为3°、出种孔长度为9 mm情况下的合格率为78.20%,重播率为3.71%,空穴率为1%,穴距合格率为97.93%,穴距变异系数为16.17%;播种小麦时,在转速为60 r/min、倾斜角度为1°、出种孔长度为9 mm,此组合下的合格率为93.37%,重播率为3.44%,空穴率为3.19%,穴距合格率为93.60%,穴距变异系数为25.50%。

鼓形与圆柱形杆齿式纵轴流脱粒滚筒功耗对比试验

为降低功耗,同时减少脱粒滚筒堵塞,提高水稻联合收获机收获效率,设计了一种鼓形杆齿式纵轴流脱粒滚筒,并对其功耗进行了仿真与试验研究。以具有相同外部尺寸的圆柱形杆齿式纵轴流脱粒滚筒为对照,以脱粒滚筒旋转轴总力矩为试验指标,进行了基于离散元法的对比试验,结果显示:相同喂入量下,2种结构的脱粒滚筒旋转轴总力矩存在明显差异,鼓形滚筒旋转轴总力矩小于圆柱形滚筒,且随喂入量增大,差异越大。与仿真条件一致的2种脱粒滚筒结构功耗对比台架试验结果表明,在喂入量为0.8~1.6 kg/s时,随喂入量增加,滚筒功耗增大,与相同外部尺寸的圆柱形滚筒相比,鼓形结构的脱粒滚筒功耗平均降低5%~15%。