基于无人机视频影像的油菜苗检测与计数

针对油菜生长早期传统人工苗情调查方法效率低、主观意识强,不能满足大面积或经常性高精度苗期调查作业需求的问题,该研究基于无人机影像及机器学习技术,提出一种油菜苗视频流检测模型及计数方法。通过对YOLO系列基础模型添加多头自注意力,用BasicRFB(basic receptive field block)模块替换原有的空间池化结构(spatial pyramid pooling-fast,SPPF)模块,并对Neck部分添加一维卷积及更换下采样方式等,进一步结合DeepSORT(deep simple online and real-time tracking)算法和越线计数技术实现对油菜苗的数量统计。算例测试结果表明,改进后YOLOv5s的交并比阈值0.50的平均精度均值达到93.1%,交并比阈值0.50~0.95的平均精度均值达到了67.5%,明显优于Faster RCNN、SSD和YOLOX等其他经典目标检测算法,交并比阈值0.50的平均精度均值分别高出14.82、26.37和3.3个百分点,交并比阈值0.50~0.95的平均精度均值分别高出25.7、33.9和6.7个百分点。油菜苗计数试验结果表明,离线视频计数时,在合理的种植密度区间内,所提算法的油菜苗计数精度平均达到93.75%,平均计数效率为人工计数的9.54倍;在线实时计数时,在不同天气情况下,计数平台的油菜苗计数精度最大相差1.87个百分点,具有良好的泛化性,满足油菜苗计数实时性要求。

稻油兼用型成条飞播装置设计与试验

针对水稻和油菜飞播普遍采用漫撒播方式而造成的落种散乱无序等问题,设计了一种可同时适应水稻和油菜条播农艺要求的无人机播种装置。以成条飞播排种系统的兼用化、轻量化、电驱化和模块化为设计目标,采用电驱、工作长度可调的外槽轮组件作为排种器,以舵机带动连杆驱动的自动折叠导种管为投种部件,通过台架试验、场地泥盒飞播试验和田间试验3种方式,确定结构参数和工作参数并验证作业效果。试验结果表明,排种系统在排种电机额定转速及扭矩范围内,能够满足5 m/s以内飞行速度下,油菜播量6~7.5 kg/hm~2、杂交稻播量15~45 kg/hm~2及常规稻播量60~105 kg/hm~2的农艺要求,且各行一致性变异系数、总排量一致性变异系数等性能参数优于行业标准要求,在作业高度1 m、作业速度4 m/s时,泥盒中油菜和水稻种子平均条带宽度分别为6.7、3.8 cm,播后30 d田间幼苗成条效果明显。

盐酸金霉素和超级盐酸金霉素在肉鸡体内的药代动力学和组织残留量测定

盐酸金霉素广泛应用于家畜和家禽,然而,金霉素的低溶解度限制了其应用。该试验以20 mg/kg单剂量灌服盐酸金霉素和超级金霉素,采集各时间节点的血浆样品并用UPLC/MS/MS检测其血药浓度,计算各种药动学参数,评估盐酸金霉素和超级盐酸金霉素在肉鸡体内的ADME(Absorption distribution metabolism excretion)过程。结果表明:单剂量给药后超级盐酸金霉素的峰浓度显著高于盐酸金霉素[(4.69±1.54)μg/mL vs (1.91±0.63)μg/mL],表明超级盐酸金霉素的吸收速度快于盐酸金霉素。超级盐酸金霉素的药时曲线下面积(AUC)(Area under the concentration-time curve, AUC)也大于盐酸金霉素[(14.51±3.40) hr·μg·mL^(-1)vs (6.28±2.69) hr·μg·mL^(-1)]。表明超级盐酸金霉素到达全身血液循环的量多于盐酸金霉素,有利于提高金霉素的药效。以20 mg/kg剂量连续灌服盐酸金霉素和超级盐酸金霉素7 d后,检测肌肉和肝脏中盐酸金霉素和超级盐酸金霉素的残留量接近或低于检测限,远低于食用动物肌肉中盐酸金霉素的残留限量。因此,超级盐酸金霉素提高了盐酸金霉素的生物利用度,具有广阔的应用前景和推广价值。

采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。

拨禾链式油葵割台静态滑切角恒定切割器设计与试验

针对油葵缺乏适用切割器的问题,设计了拨禾链式油葵割台切割器。在阐述拨禾链式油葵割台切割器结构和工作原理的基础上,对滑切角恒定刀刃进行设计,确定了影响切割性能的关键结构与工作参数。对切割过程中植株受力和植株滑切过程功耗进行分析,确定了滑切角的选用范围;对割刀运动轨迹进行分析,明确了割刀转速范围;对植株几何切割位置进行分析,推导得出割刀安装位置范围。通过单因素试验得出,在滑切角为50°~70°、割刀转速为750~1050 r/min、相对位置为100~300 mm范围内时,切割器功耗低、落粒损失率小。通过二次正交旋转试验,构建了转速、滑切角、相对位置与功耗、落粒损失率的回归方程,优化得出较优作业参数为:滑切角61°、转速750 r/min、相对位置180 mm,此时对应功耗最小值为64.08 W,落粒损失率最小值为1.24%。为了验证该参数组合的准确性,进行了台架试验,结果表明,实际切割功耗为66.12 W,实际落粒损失率为1.28%,与预测值的误差在5%以内,该切割器满足油葵低损失切割要求。

4LL-1.5Y型履带式油菜联合收获机割台振动分析

针对油菜联合收获机振动剧烈,整机稳定性、工作可靠性和驾驶舒适性较差等问题,以4LL-1.5Y型履带式油菜联合收获机的割台为研究对象,在道路运输(仅发动机工作)、道路运输(发动机与工作部件同时工作)以及田间收获作业3种典型工况下,在割台上选择3个测点,利用DHDAS动态信号采集分析系统对油菜联合收获机割台振动进行了测试,并基于时域分析、小波分析和频域分析对试验数据进行了处理。研究表明:发动机、拨禾轮、割刀的振动是整机主要激振源,但作物喂入割台后,吸收了部分振动,使得拨禾轮和割刀的振动总量分别下降了23.5%和68.7%;振动信号主要集中在0~125 Hz内,油菜联合收获机割台上各激振力的激振频率以低频为主;油菜联合收获机工作时发动机引起的一阶惯性振动频率为29.18Hz;研究结果对提高油菜联合收获机工作的可靠性、降低收获损失、减轻驾驶员的疲劳具有重要意义。

油菜联合收获机割台振动对田间收获落粒影响分析

油菜联合收获机田间作业过程中,割台碰撞和振动引起油菜角果和籽粒脱落,导致割台落粒损失约占收获总损失(8%~10%)的50%,为研究割台振动对田间收获落粒的影响,以4LL1.5Y型履带式油菜联合收获机为研究对象,基于振源分析和在田间收获工况下对割台开展振动测试,确定引起割台振动的关键激振源是发动机(27.53 Hz)和割刀(7.93~8.53 Hz),然后基于Default Shaker液压振动台以0~40 Hz扫频方式确定出影响适收期“华油杂62”油菜角果籽粒脱落的最大频率段为5~10 Hz,在该频率段内开展激振频率对油菜角果和籽粒脱落影响的单因素试验。结果表明,Default Shaker液压振动台激振频率为7 Hz时,油菜植株在横向固定和纵向固定时,其油菜角果和籽粒脱落率均为最大,横向固定时油菜角果和籽粒脱落率最高达3.42%,而传统往复式割刀激振频率在8.0 Hz左右,位于5~10 Hz油菜角果和籽粒落粒最大的频率范围内,割刀的往复运动会引起油菜角果和油菜籽粒大幅落粒,因此割台振动也是造成油菜联合收获机割台落粒损失的重要原因之一。

油菜成条飞播装置设计与试验

为解决常见地面播种机器无法进入或进入经济效益不高场景下的油菜播种问题,基于极飞P20商用植保无人机平台,设计一种基于电驱离心条播式排种器的无人机油菜飞播装置,以实现类似地面机器条播而非撒播的效果。首先对已有倒置锥筒离心式排种器进行改进,设计上凸锥筒离心式排种器结构,并确定排种盘和排种口等关键部件的结构参数。在分析该款无人机下洗气流场分布规律的基础上,提出了一种与该离心排种器配合使用的辅助导种装置。排种性能台架试验表明,当排种转速在40~220 r/min范围逐渐增加时,单位时间总排量呈现先持续增加后趋于稳定,且在排种转速为190 r/min时达到最大单位时间总排量179.65 g/min,可满足无人机作业速度5 m/s所需的排量要求;各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数先减小后增大,分别分布在4.5%~12.6%和0.7%~6.2%范围内;种子籽粒破损率随排种转速增大逐渐增大,但均在2%以内。样机场地测试试验表明,导种装置高度在1.5~2.5 m范围内变化时,成条指数与其没有显著相关性(P=0.0769>0.05),且成条宽度不到设定行距的1/4。进一步的田间试验结果显示,成条指数为35.0%,播种均匀性变异系数为19.26%,满足油菜条播农艺技术要求。

复杂边界田块旋翼无人机自主作业路径规划

针对农用无人机复杂边界田块下的作业问题,提出一种对田块边界形状具有普适性意义的旋翼无人机作业路径规划算法,以快速获得凸多边形、凹多边形、带孔洞多边形甚至多个多边形形式的复杂边界田块情形下的飞行作业轨迹。首先,基于田块边界多边形顶点数据的存储规则,采用多边形分组法,区分所属不同田块的多边形,建立按区域即田块为单元进行航线计算的基础;针对单田块的内、外边界多边形,采用活性边表法实现单个多边形扫描线填充的快速求交解算,得到初始扫描线,再对处于同一航向位置上的内、外多边形两类扫描线组采用线段布尔运算“减法”操作处理,获得预设航向条件下的作业航线;以最小航线间转移路径总长度为优化目标,引入贪婪算法、凸多边形最小跨度法和步进旋转法,综合进行航线排序优化和航向优化,获得不考虑障碍物条件下的完整作业路径。为进一步扩大算法的应用范围,假设田块边界上存在障碍物,且高度大于作业高度,继续增加转移过程的安全性判断及处理算法。针对假想田块和实际田块边界的多组算法仿真试验结果表明,所设计的算法可处理各种复杂边界类型的田块;在不考虑障碍物影响时算法耗时15 ms^19.2 s;相比于只进行航线排序优化的情况,同时进行航向和航线排序优化后,航线间转移路径总长度下降了23.04%~45.98%;而考虑障碍物影响时处理耗时也在离线应用的可接受范围内。该算法的通用性、可靠性、效率和优化效果均可满足各种复杂边界二维田块无障碍物和有障碍物条件下的农用无人机作业的相关要求。

油葵割台分禾扶禾收集槽的设计与台架试验

针对国内目前缺少油葵专用割台而现有稻麦割台兼收油葵时割台损失率高的问题,设计了一种带落粒回收装置的油葵专用割台。在阐述该割台工作原理的基础上,为探索方案可行性并确定具体参数,设计了一套结构参数和工作参数均可灵活调节的试验台架,围绕割台关键部件尤其是分禾扶禾收集槽,对其结构参数和工作参数进行理论分析和台架试验研究,确定最优参数。试验结果表明,该割台可以实现对油葵植株及葵盘的分禾、扶禾、拨禾、割断和输送等功能,最优参数组合为:大翼板倾角130°,翼板间高度差30 mm,割台前进速度为0.8 m·s^-1时,拨禾轮转速为40r·min^-1,对应的拨禾速比λ值为1.3;在该最优参数组合下,试验台架的损失率不超过1%,试验效果理想,达到了有效控制割台低损失的目的,研究结果为后续割台样机的设计试制奠定了基础。

气送式油菜飞播装置投种过程分析与试验

针对气送式油菜飞播装置作业时种子在离开投种管末端至到达土壤的过程中运移轨迹易受扰动而出现播种成条效果不佳甚至串行的问题,该研究对折叠式投种装置的投种过程进行了分析和优化。通过理论分析建立种子在投种管内和投种过程中的运动学模型,根据DEM-CFD(Discrete Element Method-Computational Fluid Dynamics,DEM-CFD)气固耦合仿真和高速摄像对种子在输送气流和无人机旋翼气流场中的运动轨迹和速度变化情况进行分析,并以此为基础对投种装置的结构及工作参数进行优化。混合正交仿真试验结果表明:种子在竖直投种管内速度变化的影响因子主次顺序依次为输送气流速度、投种管长度、投种管内径,其中输送气流速度、投种管长度对油菜种子在投种管内速度的变化的影响为极显著(P<0.01),投种管内径对油菜种子在投种管内速度的影响一般显著(0.05≤P<0.1)。高速摄像及地面泥盒试验结果显示,将原有气固分离器改为种子加速器,即增加输送气流速度参与投种后,投种管末端气流速度为4.5 m/s时,竖直位移30 cm处种子的平均水平分位移为4 cm,投种管正下方30 cm处泥盒内种子落地条带宽度为5.2 cm,比有气固分离器的结构,种子平均水平分位移减少3.1 cm,条带宽度减少7.9 cm,与仿真分析结果基本保持一致,满足油菜成条飞播的作业要求。

油麦混编景观种子带编织机研制

为实现油菜、小麦等大田作物景观化种植,该研究基于已有种子带编织机工作原理,设计了一种油麦混编景观种子带编织机,可实现按照预设景观图案自动进行2种作物种子在纸带中的规律化播种。对气吸式排种器等关键部件进行设计,通过试验进行结构和作业参数优化并对编织效果进行评估。试验结果表明,油菜在气流负压2500Pa、吸孔直径1.2 mm和电机转速3 r/min的条件下,小麦在气流负压2500 Pa、吸孔长径为3.9 mm和短径为1.9 mm、电机转速3 r/min的条件下,排种性能达到最优,播种合格率分别为94.1%和92.2%,重播率分别为1.8%和3.1%,漏播率分别为4.1%和4.7%。机器走纸精度稳定,种子排布均匀性较好,株距变异系数小于6%;当设定作物株距与行距为5cm,总编织点数目在100~900范围内逐渐增加时,图案相对位置变异系数和编织面积变异系数整体上均随图案尺寸增大而减小,图案编织精度逐渐提高,最终稳定在17%左右。田间试验结果表明,苗期图案的相对位置变异系数为18.26%,编织面积变异系数为10.87%,基本呈现出预期的图案视觉效果,研究结果可为大田作物景观化种植的机械化作业提供参考。

基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置研制

手提式挖坑装置钻头旋转动力源于汽油机,而钻头升降则需要人工手动完成。该文基于三星齿轮换向原理设计了齿轮换向机构,通过调整换向手柄的位置,即可将汽油机单一动力方向转换为正反2个方向,实现了丝杠螺母机构中螺母轴的正反转。挖坑装置工作时汽油机一部分动力带动螺旋钻头旋转,一部分动力经带传动机构、齿轮换向机构带动丝杠螺母升降机构进行往复运动,从而实现了钻头主动、匀速进行挖坑作业,提高了挖坑作业质量,挖坑作业完成后,回程能够自动复位。自动升降挖坑装置在挖坑作业过程中,仅在换向时需要人工操作,手动换向操作时间仅为2 s,占单坑作业总时间的3.5%,在挖坑作业进给行程和复位行程中,均无需人工操作,大大降低了劳动强度。基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置田间单次作业平均挖坑时间为57 s,平均坑深237 mm,平均坑口直径300 mm,挖坑质量满足后续施肥作业要求。此外,增设换向手柄中间限位孔,防止在挖坑作业进给过程中,钻头遇到较大石块或树根,丝杠螺母升降机构突然卡死,暂时切断汽油机向丝杠螺母升降机构的动力传递路径,起到对系统的保护作用。

含障碍物多田块下旋翼无人机作业返航补给规划研究

针对同一区域内相邻多田块的无人机单机作业任务路径规划问题,从续航、负重等实际问题出发,考虑种肥药液和油电能源等消耗品的按需多次返航补给,提出并实现一套含障碍物多田块条件下单机多架次作业的农用旋翼无人机自主飞行作业的路径规划算法。在给出作业路径规划优化目标模型的基础上,提出“先路径、后航次”两步优化法,先以最短路径为优化目标规划初始作业路径,然后考虑消耗品按需返航后的补给与续作问题进行航次规划。针对变量喷播和恒量喷播2种喷播模式,分别提出两种作业航向方向安排原则、航线调度原则、补给方式和续作模式,规划出4种不同航向及航线调度组合策略下的初始作业路径,并在此基础上进一步给出4种不同组合补给续作优化策略下的航次安排方案。针对假想田块和真实田块的算例仿真测试结果表明,规划初始作业路径的4种优化策略能够稳定高效运行,算法耗时78~105161 ms,转移路径优化效果为10.25%~33.81%;在航次优化算法方面,算法耗时略有增加,为21170~106393 ms,转移路径优化效果为14.00%~26.27%,补给次数的最好优化效果从15次降到10次。总体来说,相同条件下完全重置+重排续作的组合策略表现较优。

凸多边形田块下油菜联合直播机组作业路径规划

针对无人农场场景下油菜联合直播机组自动导航自主作业需求,提出一套对凸多边形边界田块具有普适性的油菜联合直播作业路径规划算法。在拟定油菜直播作业对路径规划算法基本要求的基础上,将作业区域分成内部方向平行作业区与外围轮廓平行作业区,对应方向平行作业路径和轮廓平行作业路径;进一步将作业路径分为工作路径和非工作路径,对后者包括的行间转移衔接路径、区域衔接路径、拐角衔接路径、进入路径和退出路径等的生成原理进行详细阐述,通过“最小跨度法”得到方向平行路径最优作业方向,通过贪婪算法与Google OR-Tools对方向平行路径行调度次序进行排序优化。综合考虑作业路径总长度、算法耗时和重漏面积等指标,针对油菜联合直播机组免少耕和旋耕播种作业,以东方红-LX804型拖拉机+2BFQ-6型免耕直播机等机组为对象,对比测试了4个实际典型田块下不同作业参数、地头转弯策略和调度策略下的算法性能。测试结果表明,规划所得路径对应的油菜播种作业面积覆盖率大于等于95.14%,重播率小于等于2.63%,有效工作路径占比大于等于57.39%,算法耗时小于等于8003 ms,算法稳定高效,满足油菜联合直播作业对路径规划的基本要求。

基于振动盘供种的混编景观种子带编织机设计

为提高作物栽培景观造型机械化水平,该研究基于已有混编种子带编织机,提出并实现一种基于振动盘连续供种的混编景观种子带编织机改进设计方案。首先对供种振动盘、摆动导种装置和对置胶辊式走纸装置等关键装置进行结构设计,并对整机布局与工作流程进行优化,然后通过正交试验确定最优工作参数,最后采用基于种子带铺展关键点位测量法和田间实种景观图像采集处理法2种方法对实际编织效果进行评估。试验结果表明:充种时间对排种合格率的影响最大,供种流量的影响次之,状态切换响最小;排种系统在摆动导种装置状态切换转速为7r/s,导种装置对纸带充种时间为200 ms,振动盘供种流量为40粒/s时工作性能最优,纸带充种合格率达到87.8%;走纸滑移率不超过5.62%,样机标记准确度误差在0.1%~1.1%之间,每行实际长度方差在1.58%~3.73%之间;室内铺展试验显示编织图案的图案相对位置变异系数小于10%,编织面积变异系数在10%左右,各行关键点位置变异系数小于5%。采集田间种植图案后与目标图案进行相似度算法评价,苗期图案还原度为86.58%,花期图案还原度为72.39%,满足景观造型需求。

油葵联合收获机专用割台设计与试验

针对国内现有油葵联合收获机割台存在的物料堵塞、堆积以及因拨禾轮回带导致的葵盘无法进入割台等问题,结合我国油葵种植模式和农艺要求,设计了一种拨禾轮式油葵联合收获机专用割台。对分禾过程中油葵茎秆的姿态进行分析,确定了内分禾器宽度、长度和内分禾器间隙;选取不同拨禾速比λ,对拨禾轮运动轨迹进行仿真分析,确定了拨禾速比取值范围,并得出拨禾轮的最优直径和转速;为降低输送器输送时拨指对葵盘的击打和油葵茎秆的缠绕,设计了刮板式输送器;为保证良好的切割效果,基于刀机速比γ,确定了往复式切割器切割速度。在新疆维吾尔自治区阜康市河南庄子村进行了油葵收获田间试验,当整机前进速度为0.8 m/s时,喂入量为3.3 kg/s,割台平均损失率仅为1.42%,整机作业效率0.69 hm^2/h。收获作业过程中整机运行平稳,割台收获过程无堵塞、无缠绕,满足油葵联合收获机割台的设计要求。

庐山和井冈山不同海拔高度野生油茶籽油及化学成分的比较

受降水量和气温等气象因子的影响,不同纬度和海拔地区油茶籽油的品质可能存在差异。本研究比较了江西省井冈山、庐山地区不同海拔高度的野生油茶籽含油率及营养成分。井冈山狮子岩830~880 m处油茶籽粗脂肪含量最高达0.561 g/g,水酶法获得油脂含量为0.294 g/g,油中角鲨烯和α-生育酚含量分别为0.176mg/g和0.187 mg/g;井冈山园潭不同海拔高度油茶籽粗脂肪含量为0.516~0.551 g/g,水酶法获得油脂含量为0.284~0.324 g/g,MUFA占总脂肪酸比例最高达79.671%~81.343%,α-生育酚含量较低,为0.063~0.160 mg/g,园潭不同海拔高度茶渣中茶皂素含量最低为0.126~0.223 g/g;庐山830~880 m处油茶籽粗脂肪含量与园潭相似,而其它海拔高度粗脂肪含量则低于园潭,水酶法提取的油脂含量为0.153~0.278 g/g,油中α-生育酚含量最高,为0.119~0.267 mg/g,茶粕中茶皂素含量整体较高为0.245~0.296 g/g,其中358~388 m处最高为0.296 g/g。结果表明,不同地区和不同海拔高度油茶籽油脂含量及其化学成分存在较大差别,庐山油茶籽油多不饱和脂肪酸、维生素E和茶皂素含量最高,井冈山狮子岩粗脂肪、角鲨烯含量最高。本研究可为野生油茶遗传资源的挖掘与利用提供参考。

四边形田块下油菜联合收获机全覆盖作业路径规划算法

为解决无人农场模式下油菜联合收获作业过程中自主导航作业路径自动规划及优化问题,该研究提出了两套完整的针对任意四边形边界田块的油菜联合收获全覆盖作业路径规划算法。采用“理论分析-算法设计及程序编码-算例测试与仿真评估”的技术路线及方法,首先分析油菜联合收获机的作业特点与机具特性,拟定油菜联合收获无人化作业过程对路径规划工作的基本要求,再通过等距偏置处理和扫描线填充算法生成全覆盖作业路径,并采用OR-Tools软件对方向平行路径进行调度优化。通过4块典型实际田块进行仿真计算和测试,结果表明,算法耗时在0.17~4.73 s之间,混合路径相对于目前生产中广泛使用的环形作业路径,在未经行调度优化时,倒车次数减少36.36%~40.00%;混合路径中,行调度优化后倒车次数相对于未调度优化时减少33.33%~60.87%,非作业路径长度减少7.20%~20.23%。该研究为长江中下游区域稻油轮作无人农场中油菜无人化联合收获提供了作业路径规划方面的理论与技术支撑。

油菜脱粒过程中茎秆碰撞破碎的试验研究

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理,该研究以收获期油菜茎秆为研究对象,在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验。在进行油菜茎秆与脱粒钉齿撞后轨迹分析的基础上,利用感压胶片对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量,并以油菜茎秆破碎率为指标,以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验。结果表明:单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞,碰撞过程89%为多次碰撞,发生1次碰撞的仅占11%,碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关;瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势,试验条件下单次碰撞力平均值为13.25 N,单次碰撞的油菜茎秆不易破碎;单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关;刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大,平面钉齿对茎秆破碎率影响最小,试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%,油菜侧枝破碎率为42.2%,主茎秆破碎率远远大于侧枝;正交试验表明,在所选参数范围内,影响茎秆破碎率大小的因素依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数,且茎秆长度100 mm、滚筒转速500 r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。研究结果可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。