仿生布利冈结构农机耐磨触土部件设计与试验

针对农机触土部件易磨损失效这一难题,该研究设计了一种仿生布利冈结构件,并对其磨损特性进行评价,进一步探索耐磨机理。以布利冈结构的结构单元直径、层间螺旋角度、层间重叠间距3个因素设为自变量,以磨损量为响应值,在EDEM中进行仿真磨损试验,根据自变量与响应值之间的关系,优化布利冈结构的组成参数,得到最优的组成参数为:结构单元直径1.0mm、层间螺旋角度16°、层间重叠间距0.13mm,在此参数下经仿真磨损试验得到布利冈结构件的磨损量为2.13×10^(-6)g。对光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的耐磨效果,进行仿真磨损对比试验,结果表明,布利冈结构件较单层棱纹件磨损量减少了90.6%,较光滑件减少了92.2%。运用离散元法(digital elevation model,DEM)与有限单元法(finite element method,FEM)联合仿真,得到样件内部形变和应变,光滑件、单层棱纹件、布利冈结构件的平均变形量分别为1.62×10^(-9)、7.97×10^(-9)和1.82×10^(-8)mm;平均等效应力为1.16×10^(-6)、6.36×10^(-6)和1.01×10^(-5)MPa。布利冈结构件内部形变和所受应力较大,这一变化有助于吸收颗粒冲击能量,减小磨损。利用光固化打印技术加工样件,利用旋转式试验机和扫描电子显微镜分析3种样件的耐磨性能,结果表明,布利冈结构件的磨损量最小为0.12 g,且标准差最小,为0.012,耐磨性能较为稳定。研究结果可为农机具触土部件的耐磨增效提供设计依据和理论基础。

小型植保无人机下洗气流场影响雾滴运动特性规律研究

为了研究小型无人机下洗气流场对雾滴运动特性的影响规律,以小型无人机为基础,采用Navier-Stokes(N-S)方程、realizable k-ε模型和Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations算法,对施药过程中的下洗气流场和雾滴离散运动进行了详细的数值模拟分析。研究分析无人机下洗气流的速度特性、雾滴沉积特性以及作业高度对农药沉积效果的影响。通过试验结果可知,模拟值与试验值的相对误差在20%以内,验证了下洗气流场数值模型的可行性。进一步模拟分析结果表明,在无人机喷药平台的影响下,下洗气流场在距离旋翼1 m处达到速度峰值。随着作业高度的增加,雾滴逐渐分散并扩散。雾滴主要分布在两个“气流引入区”和两个“气流导出区”,该分布特征有助于优化施药效果和提高农药的使用效率。根据分析结果,当无人机飞行作业姿态与地表保持平行,且将作业高度调整至0.8~1.0 m之间时,可显著提高农药沉积量,从而提高植保无人机的施药效果。本研究验证了下洗气流场数值模型的可行性,为小型植保无人机的对靶雾滴漂移及沉积研究提供了参考依据。

辅助充种带气吸式蚕豆精量排种器设计与试验

针对蚕豆种子粒径大、三轴尺寸差异大,充种困难的问题,设计了一种带有平带辅助充种装置的气吸式蚕豆精量排种器。通过对充种过程中的动力学分析阐述了平带辅助充种装置及种子的运动机理;利用计算流体力学和离散元法双向耦合模拟的方法(Computational fluid dynamics and discrete element method,CFD-DEM),开展了单因素试验,确定了影响排种器充种性能的主要零部件参数并明晰了平带辅助充种机理;搭建试验台架,选取作业速度、平带输入轴转速和负压为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交组合试验。试验结果表明,影响排种器合格指数的因素主次顺序为:作业速度、负压、平带输入轴转速。对试验结果进行多目标优化,得到最优参数组合为作业速度5.69 km/h、平带输入轴转速395 r/min、负压3845 Pa,对此结果进行排种器性能试验验证,此时合格指数为91.6%、重播指数为3.8%、漏播指数为4.6%,满足蚕豆播种要求。

气吸圆盘式排种器智能设计与优化系统研究

【目的】气吸圆盘式排种器广泛应用于大型精密播种机,能够有效提高农作物播种效率、降低农业生产成本,促进我国农业生产发展。针对排种器传统设计方法中计算量大、设计效率低、研发周期长、试验和制造成本高等问题,构建了一套气吸圆盘式排种器智能设计与优化系统。【方法】基于对气吸圆盘式排种器的设计,采用基于本体式和产生式相结合的知识表示方法,建立设计知识库;采用基于规则和实例相混合的推理机制构建推理机;以Visual Studio编程软件为平台,利用VB.Net为开发语言对系统的人机交互界面进行设计;采用动态超链接库模式对SolidWorks软件进行二次开发,基于ADO.Net技术建立智能设计系统与MySQL数据库之间的链接;以吸室真空度、吸孔直径和吸孔个数为优化变量,合格指数、重播指数和漏播指数为评价指标,构建了DEM-CFD气固耦合的仿真平台,通过开展三因素五水平二次回归正交旋转组合仿真试验,建立优化变量与合格指数、重播指数、漏播指数之间的数学模型。利用MATLAB软件并基于NSGA-II算法对此数学模型进行多目标优化并得到一组Pareto非劣解集,选取合格指数最高的一组解对排种器模型进行结构优化,并对优化后的排种器模型进行仿真验证,进而将优化后的模型存入模型库。【结果】利用该系统智能设计并优化了气吸圆盘式大豆排种器,获得了最佳的结构模型和作业参数。与优化前相比,合格指数提高1.23%,重播指数降低18.44%,漏播指数降低39.76%。【结论】该智能设计与优化系统可以有效提高气吸圆盘式排种器的设计知识的重用率,缩短研发周期并根据用户需求自动生成排种器模型,大大提高了气吸圆盘式排种器的设计效率。

气吸圆盘式微型薯排种器充种性能模拟与试验

为提高气吸圆盘式微型薯排种器充种性能,以云南丽薯6号微型薯为播种对象,基于离散元法,以种子平均法向应力方差为指标,对振动频率和振动幅度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验结果与仿真效果一致。结果表明:增加振动频率和振动幅度可以增大种子平均法向力方差,增强对种子的扰动性,从而提高充种性能。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素五水平二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行排种性能试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在作业速度为2.4 km/h,吸种负压为6 kPa,种层高度为70 mm,振动频率为6.5~6.9 Hz,振动幅度为20~21 mm时,合格指数大于95,重播指数和漏播指数小于2.5。

气吸圆盘式微型薯排种器设计与试验

针对微型薯等大粒种子不易充种问题,设计了一种可振动供种的气吸圆盘式微型薯排种器。阐述了该排种器的工作原理,通过理论计算与数值模拟,确定了其主要结构参数。为寻求最佳工作参数组合,采用三因素四水平正交试验方法,对排种器进行排种性能试验,结果表明:影响其排种性能的主次因素依次为作业速度、振动频率和吸种负压,较优参数组合为作业速度2.4 km/h、振动频率6.5 Hz、吸种负压6 k Pa,在此条件下排种合格指数为94.2、漏播指数为1.7、重播指数为4.1,满足微型薯的精密播种要求。研究了振动供种机构对微型薯造成的损伤情况:在不同的振动频率下,微型薯的破损率均小于1%,振动供种机构对微型薯的损伤不大。

三七气吸滚筒式排种器充种性能模拟与试验

为了提高气吸滚筒式排种器充种性能,以云南文山三七种子为研究对象,采用DEM-CFD耦合方法,以种子平均法向力方差和供种高度为指标,对气吹风压、振动频率、振动角度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验现象及效果与仿真分析结果一致。结果表明:气吹风压可以打破种群原有的稳定状态,从而降低种子瞬态的法向力即减小内摩擦力;振动频率增加种子平均法向力方差,即对种子的扰动性增强;合适的振动角度可以有效提高供种高度。减小内摩擦、增强种群扰动性、提高供种高度均可有效提高排种器充种性能。为寻找最佳参数组合,采用三因素五水平正交试验方法,对排种器排种性能进行试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在振动频率85 Hz、气吹风压3 k Pa、振动角度45°时,效果最佳,试验指标合格指数、漏播指数、重播指数可达93.02、1.42、5.56。

三七超窄行气吸式精密排种器设计与试验

三七播种行株距均为50 mm左右,属于密集型精密播种。为实现三七超窄行精密播种,设计一种超窄行气吸式精密排种器。通过理论计算与数值模拟,确定主要结构参数;以云南文山三七种子为播种对象,基于EDEM离散元软件,对水滴形窝眼孔加工倾角影响充种性能进行仿真模拟试验,得出较佳加工倾角为50°;以吸孔负压、排种轮转速和种层高度为影响因素,以合格指数、重播指数、漏播指数和各行排量一致性变异系数为试验指标,进行三因素二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:影响合格指数的主次顺序为吸孔负压、排种轮转速、种层高度;当种层高度为50 mm、排种轮转速为34～48 r/min、吸孔负压为560～660 Pa时,合格指数大于93. 0%,重播指数小于3. 5%,漏播指数小于3. 5%,各行排量一致性变异系数小于3. 0%,满足三七播种要求。

凸包异形孔窝眼轮式人参精密排种器设计与试验

针对人参种子流动性差,导致排种器在充种环节漏充严重、伤种率高等问题,采用增大种群扰动、减小局部种间摩擦力的方法,提高排种器的充种性能,并基于此设计了一种凸包异形孔窝眼轮式精密排种器。通过对充种区种子受力状态和运动状态进行分析,阐明了凸包异形孔结构提高排种器充种性能的机理;进行理论计算和对充种过程运动学分析,利用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了不同结构参数对种群的影响,并确定了窝眼轮的结构参数;以窝眼轮转速、凸包高径比和种层高度为试验因素,以合格指数、重播指数和漏播指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:影响合格指数的主次顺序依次为凸包高径比、窝眼轮转速、种层高度;当窝眼轮转速为29.75 r/min、凸包高径比为0.43、种层高度为53.92 mm时,充种性能最佳,此时合格指数为95.59%、重播指数为2.97%、漏播指数为1.40%。为验证排种器的工作性能,进行了台架试验和田间试验,结果表明,凸包异形孔窝眼轮式精密排种器的充种性能较好,满足人参播种要求。

滚筒板齿式三七种苗分离装置结构设计与试验

为实现三七种苗自动移栽前有效分离,设计了一种滚筒板齿式三七种苗分离装置,对关键结构参数进行了理论计算和分析,选取螺旋线数量、转子板齿长度、滚筒板齿长度和导向槽数量作为仿真试验因素,选取种苗分离变异系数和分离率为试验指标,利用EDEM离散元仿真软件分别进行单因素及正交仿真试验,确定最优结构参数组合为:螺旋线数量为4、转子板齿长度为70 mm、滚筒板齿长度为65 mm、导向槽数量为3,此时分离结构分苗性能最好,分离变异系数为17.37%,分离率为84.69%,破损率为7.5%;实际试验结果与仿真结果一致,符合三七种苗移栽农艺要求;该装置实现了三七种苗的有序、离散分离。

基于人工神经网络的黑龙江省农机总动力预测

黑龙江省农机总动力的建模和预测是制定黑龙江省农机发展计划的重要依据。为此,应用BP人工神经网络技术(BP-ANN)处理1980～1998年农机总动力数据,建立正确的预测模型。利用此模型预测出1999～2003年黑龙江省农机总动力数值,预测结果和实际结果有很好的一致性;同时,预测了2004～2006年黑龙江省农机总动力数值,为今后制定农机发展战略提供参考依据。

基于DEM-MBD耦合的链勺式人参精密排种器研究

人参播种中存在因人参种子形状不规则、流动性差,种子在播种前需进行催芽处理,催芽的种子易损伤,造成充种困难、易伤种等问题,为此设计一种链勺式人参精密排种器。通过对充种过程中种子受力情况和运动状态的分析,阐明倾斜充种可提高充种性能的机理;通过对携种过程的理论计算和力学分析,并基于DEM-MBD耦合的单因素仿真试验,分析了不同排种链条的张紧力、不同排种器结构参数和工作参数对其工作性能的影响,确定了链勺式排种器的结构参数;以主动链轮转速、充种倾角和种层高度为试验因素,以充种的单粒率(1粒/勺)、复充率(≥2粒/勺)、漏充率(0粒/勺)为试验指标,基于DEM-MBD耦合进行了二次回归正交旋转组合仿真试验。结果表明:影响单粒率的主次顺序为充种倾角、主动链轮转速、种层高度;当充种倾角为71.73°、主动链轮转速为79.10 r/min、种层高度为84.28 mm时,充种性能最佳,单粒率为95.68%、复充率为3.57%、漏充率为0.75%;为验证排种器的工作性能,进行了台架试验,结果表明链勺式人参精密排种器的工作性能较好,满足我国非林地人参种植的播种要求。

我国甜菜育苗移栽机械的研究进展和发展趋势

甜菜育苗移栽是一项高产栽培技术,但我国的推广面积却仅有12%。育苗移栽机械只有与我国甜菜生产相适应,才能促使育苗移栽技术顺利大面积推广。为此,回顾了我国近30多a来所研制的甜菜育苗移栽机械(包括碎筛土机、床土配制机、墩土机和移栽机)的研究进展,详述了各自的结构形式、工作原理和技术参数,分析了工作特点和优缺点;针对我国甜菜育苗移栽机械未能推广应用的现状,分析了存在的问题,提出了相应的建议,并预测了未来的发展趋势。

三七种苗物料特性研究及离散元法参数标定

对三七种苗平均质量、密度、休止角、剪切模量、弹性模量、泊松比、静摩擦系数、动摩擦系数等物理特性进行测量,通过理论计算确定其移栽机各关键部件结构参数并通过CAE技术进行优化。结果表明:种苗与种苗之间静摩擦系数及滚动摩擦系数为关键参数;通过离散元软件EDEM进行休止角虚拟正交试验对关键参数的标定,确定当种苗与种苗间静摩擦系数为0.70、滚动摩擦系数为0.15时,仿真结果与实际试验结果偏差最小。

链勺翻转清种式蚕豆精密排种器设计与试验

针对蚕豆种子三轴尺寸差异大、清种难、易重播的问题,设计了一种链勺翻转清种式蚕豆精密排种器。对排种器关键部件参数进行设计,通过理论分析建立了种子在清种区的动力学模型;利用DEM-MBD耦合方法进一步分析了弹簧张紧力、种层高度、作业速度、清种区排种链倾角和充种区排种链倾角对排种性能的影响,校核了弹簧刚度,确定了弹簧张紧力为50 N,种层高度为75 mm。以充种区排种链倾角、清种区排种链倾角和作业速度为试验因素,合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,采用二次回归正交旋转组合试验方法进行台架试验;试验结果表明,最优参数组合为:作业速度4.25 km/h、清种区排种链倾角-2.9°、充种区排种链倾角74°;对上述组合参数进行排种性能试验验证,得到此时合格指数为93.83%,重播指数为5.67%,漏播指数为0.50%,满足蚕豆播种要求。

基于DEM-CFD的气吸式三七种苗定向移栽装置研究

为实现机械化移栽、解决三七种苗调姿定向问题,设计了一种振动辅助吸苗气吸式三七种苗定向移栽装置。通过分析种苗的吸附状态受力及种苗在升力作用下产生旋转力矩、实现调姿的过程,阐明了种苗吸附调姿的机理;利用DEM-CFD气固两相流耦合仿真方法对种苗吸附调姿过程进行分析,验证了种苗吸附调姿的可行性,仿真结果表明,当主吸孔与辅助定位吸孔夹角为23°、与调姿转向吸孔夹角为30°时,种苗因受到压力差而产生的升力能使其调姿并定位。为优化移栽装置的工作性能,以主吸孔负压、动吸盘转速和调姿转向吸孔直径为试验因素,以定向合格指数和漏吸指数为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合台架试验。试验表明,影响定向合格指数的主次顺序为调姿转向吸孔直径、主吸孔负压、动吸盘转速,当调姿转向吸孔直径为4.5 mm、主吸孔负压为1.03~2.11 kPa、动吸盘转速为4.67~6.08 r/min时,定向移栽装置平均定向合格指数为85.87%、平均漏吸指数为6.33%,可满足三七种苗移栽要求。

农业机械化专业液压传动课程教学改革探讨

液压传动是农业机械化专业重要的专业基础课。农业机械广泛采用先进的液压技术,对农业机械化专业学生的专业素质提出了更高的要求。为此,对农业机械化专业的液压传动课程的教学提出了多媒体和板书教学相结合、加强实验实践教学、改革考试方式和提高教师综合素质的改革思路,为农业机械化专业人才的培养提供基础保障。

三七压穴精密排种装置设计与试验

三七播种株行距均为5 cm左右,属于密集精密播种,为实现三七高密度精密播种,克服开沟易堵塞的难题,设计了一种三七压穴精密排种装置。阐述了三七压穴精密排种装置的工作原理,确定了其主要结构参数,以云南省文山市三七种子为研究对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种装置进行排种性能试验,选取压穴柱直径、前进速度、投种点到压穴点水平距离为试验因素,建立了合格指数、漏播指数、重播指数、各行排量一致性变异系数的数学模型,分析了各试验因素交互作用对合格指数的影响规律。结果表明,影响合格指数的因素主次顺序为:压穴柱直径、投种点到压穴点水平距离和前进速度。通过参数优化,确定了最优参数为压穴柱直径24. 5～29. 5 mm、投种点到压穴点水平距离330 mm、前进速度0. 44～0. 61 m/s,此时合格指数大于90%,漏播指数小于5%,重播指数小于5%。经2BQ-15型三七精密播种机整机试验可知,作业速度为0. 35 m/s时,播种机合格指数最高为93. 5%,满足三七播种要求。

翻麻脱粒机液压传动系统的设计

翻麻脱粒机是重要的亚麻收获机械之一。该机由拖拉机牵引进行作业,作业动力由拖拉机动力输出轴提供,需传动的部位有14处。采用机械式传动,其传动路线复杂,且不易控制;如采用液压传动,可克服机械式传动的缺点。为此,对翻麻脱粒机液压传动系统进行了设计,选用一个双联齿轮泵和一个齿轮泵作为动力元件,用14个摆线马达作为执行元件,由3个电磁换向阀进行控制,并选择了各液压元件型号。经过田间试验表明,该系统的设计是合理和可行的,能满足设计要求。

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明:当作业速度为0.42 m/s、开沟深度为45 mm、开沟器与排种器相对水平距离为95 mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明:当株距为4 cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。