联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性,设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合,实现了在不影响模型精度和功能的前提下,显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象,开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统,为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能,开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明,在数据更新频率20 Hz下,响应时间在78 ms以内,内存占用量在331 MB以内;性能测试中,系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下,系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。

基于改进能量谷优化的多无人机空战目标分配

针对多无人机空战目标分配问题,提出一种基于改进能量谷优化的多无人机空战目标分配方法。首先,建立无人机空战态势评估模型,对多无人机空战目标分配问题进行数学建模。然后,在能量谷优化算法的基础上,对算法中粒子衰变过程进行改进,使能量谷优化算法适用于离散型优化问题,并提出混沌映射初始化和二进制改进两种改进措施。最后,分别开展消融实验与有效性实验对所提方法的有效性进行验证。仿真结果表明,所提改进措施对于在无人机目标分配任务中能量谷优化算法的算法效果具有一定的提升,且改进能量谷优化算法能够适用于多无人机空战目标分配问题,在多无人机空战中具有一定的应用意义。

农业装备自动驾驶技术研究现状与展望

农业装备自动驾驶技术可以显著提升作业质量,提高作业效率,降低作业成本,减轻劳动强度,已成为智能农业装备发展的重要方向。在政策和市场的共同推动下,我国农业装备自动驾驶技术发展迅速,并通过多场景、多层次的示范和应用推动技术熟化,逐步建立了完整的技术体系。农业装备自动驾驶技术系统主要包括环境感知、工况感知、决策规划、横向控制、纵向控制等关键技术。本文首先阐述了农业装备自动驾驶关键技术研究的现状,分析归纳了各技术领域有待解决的关键科学技术问题;结合农业装备自动导航技术产品和自动驾驶技术集成应用两方面,介绍了国内外农业装备自动驾驶技术研发和应用情况;从自动驾驶技术分级研究和建立标准规范角度,对比分析了农业装备自动驾驶与智能网联汽车行业的差距,指出了农业装备自动驾驶等级划分的迫切需求。为应对智慧农业生产非结构环境、高精度农艺和强农时约束三大挑战,建议突出农业生产应用中作业精准化和驾驶自动化双重需求的特点,有针对性地开展农业装备自动驾驶技术研发、应用示范和技术分级等方面工作。

基于激光雷达的稻麦收获边界检测与自动对齐系统研究

针对稻麦收获无人作业的需求,提出了一种使用激光雷达检测稻麦收获边界的算法,并连接无人控制系统实现收获边界的自动对齐。该算法首先对采集的收获轮廓点云划定感兴趣角度范围,根据雷达的安装高度和位置将测量数据由极坐标转换为三维直角坐标,融合陀螺仪测量的激光雷达安装姿态数据对测量点云进行校正;通过中值滤波和Z向阈值滤波将点云中的噪点和非稻麦轮廓点滤除;对比了K-means聚类和Z向中心差分法检测稻麦收获边界的精度,并进行了误差分析;开发了感知系统并制定了感知与控制的CAN通信协议,采用预瞄点追踪方法对实时检测的边界点进行对齐控制;分析研究了稻麦收获边界自动对齐精度检测方法。2022年6月在北京小汤山国家精准农业示范基地进行了收获边界检测与自动对齐控制系统试验,分别采用数据标注和GPS打点的方式进行了数据采集与分析,试验结果表明,基于K-means聚类的收获边界检测横向偏差平均值为22.24 cm,基于Z向中心差分法的收获边界检测横向偏差平均值为1.48 cm,Z向中心差分法的收获边界检测优于基于K-means聚类的检测方法,故采用Z向中心差分法进行自动对齐控制试验,整体控制系统自动对齐横向偏差平均值为9.18 cm,标准差为2.48 cm,该系统可用于稻麦收获无人作业。

拖拉机作业工况参数检测系统研究

拖拉机田间作业工况参数实时、同步、适宜频率的采集对于可靠性分析与优化具有重要意义。本文设计了基于NI-C DAQ控制器的拖拉机作业工况参数检测系统,对所需传感器进行了选型、设计及安装,并结合LabVIEW平台开发了检测软件和远程监控平台。该系统由传感器、数据采集控制器和数据采集监测平台组成,可实现对发动机、车轮/桥、悬挂系统和机具等多种机构的参数测取。此外,该系统可通过便携式触摸屏远程控制和实时监测。为了验证检测系统的准确性和稳定性,开展了信号误差测试和典型参数田间试验。信号误差测试结果表明,各类信号的采集误差、丢包率以及初始误差均能满足参数检测系统的要求。在田间测试中,拖拉机车轮速度和实际速度测量值的最大相对误差为3.1%;悬挂系统水平牵引力的计算值与测量值的最大相对误差为4.5%;根据测取的车轮加速度,辨识田间作业地面类型的准确率为96%;根据悬挂位置拟合耕作深度的决定系数R^(2)为0.99156。最后,开展了检测系统田间作业24 h连续运行试验,该系统能始终保持运行稳定与数据准确。开发的拖拉机作业工况信息检测系统相比于同类系统,采集的参数更多,操作更为方便,可为可靠性分析与优化提供有效的数据测取依据。

高精度微波时频传递链路体制设计及关键技术

高精度时间频率的产生和超高精度时频信号的传递是现代物理学、天文学和计量科学的基础,中国空间站高精度时频科学实验系统已随“梦天舱”成功发射,标志着我国天地融合、立体交叉的国家时频系统建设迈出了关键一步。介绍了高精度时频科学实验系统项目的基本情况以及微波时频传递链路的研究进展,重点阐述了高精度时频系统微波传递链路的信号体制设计,基于提出的信号体制设计了同频+三频两种微波时频传递链路比对模式并给出了钟差比对模型,最后通过仿真及在轨实测数据分析表明设计的微波时频传递链路可实现亚皮秒级伪距测量精度。

LDL-C值直接测定法与公式计算法的对比研究

目的:Friedewald公式、Martin-Hopkins公式和Sampson公式计算低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)值与直接测定结果间的对比研究。方法:选取2020年1月—12月于山西白求恩医院接受体检且检测了血脂4项[总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和LDL-C]的人群9865名进行回顾性研究。从医院信息系统提取出研究对象的人口学信息和血脂检测结果进行数据分析。根据TG浓度进行亚组分析,分为TG<400 mg/dL(4.516 mmol/L)组(9591名)和TG≥400 mg/dL组(274名)。采用Bland-Altman法分析LDL-C公式计算结果与直接测定结果间的一致程度,采用Passing-Bablok回归和Deming回归分析LDL-C公式计算结果与直接测定结果间的关系,并进行亚组分析。结果:Bland-Altman法分析结果显示,Sampson公式计算结果的准确度明显优于Friedewald公式和Martin-Hopkins公式,3个公式的估计精确度大致相似。对于TG≥400 mg/dL的人群,3种公式的估计准确度和精密度都不佳。Passing-Bablok和Deming回归分析结果也表明,Sampson公式计算结果与实测结果的一致性高于Friedewald公式和Martin-Hopkins公式。结论:对TG≥400 mg/dL的人群建议通过直接检测法检测LDL-C值,而对于TG<400 mg/dL的人群,则应优先使用公式计算法,尤其推荐Sampson公式,可快速、经济地对动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)事件发生风险做出判断,从而指导临床诊断与治疗决策。

基于SRPE的优秀竞走运动员赛前训练负荷特征分析

目的:基于课次主观感觉用力评价(session rating of perceived exertion,SRPE)统计竞走运动员赛前训练负荷,并分析训练负荷特征,为竞走运动员参加重大比赛前的训练安排提供参考。方法:以5名备战第14届全运会的云南优秀竞走运动员为研究对象,每次训练课记录训练时长,在训练课结束后30 min内询问运动员主观感觉用力评价(RPE)分数,SRPE=训练时长(min)×RPE分数。每天记录运动员实际完成的训练公里数为训练距离。结果:(1)赛前16周的训练分为了4个阶段,包括恢复阶段、积累阶段、提高阶段和减量阶段;(2)竞走运动员在赛前16周的总SRPE为67451,平均每周4216;恢复阶段SRPE周平均3809,积累阶段平均4850,提高阶段平均4142,减量阶段为3448;(3)竞走运动员赛前16周共完成训练距离1787 km,周平均112 km;训练总计13373 min,周平均836 min;(4)竞走运动员赛前16周训练强度区域1占比91.2%,强度区域2占比5.7%,强度区域3占比3.1%。结论:优秀竞走运动员赛前16周训练呈现“恢复—积累—提高—减量”4个阶段;基于SPRE的训练负荷特征呈现以大负荷量训练为主,SRPE和训练距离先增加后减少。训练强度呈现“金字塔”式分布,且以低强度训练为主;随着训练阶段的推进,训练强度逐渐增加。赛前减量训练持续1周,训练量下降约25%,但训练强度增加。

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。

悬挂式深松机耕整地耕深检测方法研究

耕深作为深松作业质量的重要指标,长期以来无法实现在线评估,目前以人工抽测为主,误差大,效率低。以提高农机深松耕整地作业质量为目标,提出一种基于深松机组姿态估测的耕深检测方法及系统。首先分析了牵引拖拉机以及悬挂式深松机在作业过程中的运动轨迹,建立了拖拉机与深松机作业耕深检测模型。该模型通过检测安装在拖拉机后悬挂杆和悬挂式深松机上的姿态传感器输出角度,实时计算深松机耕深。为验证该检测模型的精度,设计了基于嵌入式ARM内核的耕深检测传感器和深松作业检测系统,该系统集卫星定位系统(GPS)、移动网络传输(GPRS)、数据存储(SD卡)等于一体,能实时采集深松机作业耕深、作业位置、作业速度及航向信息,数据存储在检测系统的终端设备中,并通过移动网络传送至远程数据中心做进一步融合处理,以对深松作业质量进行综合评价。将耕深检测传感器进行静态标定,耕深检测标定误差小于0.88 cm,平均误差小于0.21 cm,均方根误差小于0.66 cm。利用标定后的传感器及深松作业检测系统在田间开展多组试验,试验结果显示该系统耕深检测最大误差为1.18 cm,多组试验数据的平均误差小于0.45 cm,均方根误差小于0.64 cm,表明该系统耕深检测精度和稳定性较高。

基于K-means聚类和分区寻优的秸秆覆盖率计算方法

针对农田秸秆形态多样、细碎秸秆难以准确识别的问题,基于机器视觉技术,提出了一种基于K-means聚类和分区寻优结合的秸秆覆盖率计算方法。该方法首先利用K-means聚类算法对玉米秸秆图像进行分割,使秸秆从背景图像中分离;然后将秸秆图像分隔为16区,利用统计学方法分别计算各区秸秆中位数和众数灰度平均值,16区平均后分别获得秸秆中心灰度和土壤背景中心灰度,将其作为新的分类中心,重新采用K-means聚类方法对玉米秸秆图像进行分割,当秸秆中心灰度不再发生变化时停止迭代,计算秸秆像素点数量;最后计算获得玉米秸秆覆盖率。2021年4月,该方法在吉林省长春市玉米地100个采样点进行了实际验证,与人工拉绳法和人工图像标记法的相关系数分别为0.7161和0.9068,误判率7%,平均误差比Otsu阈值化方法和经典K-means聚类方法分别降低了45.6%和29.2%。试验结果表明,所提方法能够实现对不同天气、不同种植模式、不同地块条件下的秸秆覆盖率准确计算,该研究结果可为秸秆覆盖率在线计算提供一种新方法。

优秀赛艇运动员专项有氧能力对高原训练应答的差异

目的:研究我国优秀赛艇运动员专项有氧能力在8周高原训练后的应答差异及其与促红细胞生成素等的关系。方法:以备战2016年里约奥运会的39名优秀赛艇运动员为研究对象,进行8周高原训练。结果:(1)测功仪6 km成绩总体提高0.10%,应答者平均提高0.67%,不应答者总体下降0.91%;(2)高原训练的第3天,促红细胞生成素和血红蛋白浓度总体分别提高38.41%、4.05%;高原训练的第15天与第3天相比,促红细胞生成素和血红蛋白浓度总体分别下降17.25%、0.58%。结论:(1)赛艇运动员的专项有氧能力变化经过高原训练呈现明显的个体差异;(2)高原训练的应答者与不应答者在高原训练过程中的促红细胞生成素和血红蛋白浓度表现不同的变化规律。(3)2组运动员高原训练第3天促红细胞生成素应激程度和第15天的适应程度存在明显不同,但与专项有氧能力的改善并无明显的线性关系。

拖拉机功率与深松作业效率关系研究

为了研究农机实际作业过程中的农机功率与深松作业效率之间的关系,以山东省深松作业为研究对象,选取323台福田雷沃重工生产、功率范围为52.20~197.61kW、装载农机深松作业远程监测终端的拖拉机,采集2015年4月到2017年4月之间深松作业运行轨迹数据37981条,计算深松作业面积、作业时间和效率。将数据集按照无放回抽样方法分为建模集(80%)和验证集(20%),通过线性回归分析,建立了基于拖拉机功率的深松作业效率模型,拖拉机功率与深松作业效率有明显的线性关系,其R2达到0.9147,均方根误差为0.1684hm^2/h,模型验证结果均方根误差为0.3396hm^2/h。拖拉机作业效率模型可为拖拉机服务组织在拖拉机作业时间窗口条件下进行拖拉机作业的合理调度与分配提供科学依据。

青少年赛艇运动员有氧耐力训练的代谢应答特征

目的:应用代谢组学技术,结合运动能力、身体成分的变化,探讨青少年运动员历经4周有氧耐力训练后机体的代谢应答特征。方法:选取冬训初为期4周的中周期训练阶段,分别在4周训练前后以Bod Pod测量青少年赛艇运动员身体成分,以多级递增负荷测试评价运动能力的变化;收集正式进入4周有氧耐力训练阶段的第1周周一和训练2周后、4周后的每周一晨起空腹安静状态下的肘静脉血,以LC-MS/MS寻找血浆差异性代谢物,以Hitachi L-8900分析血浆游离氨基酸浓度的变化。结果:1)4周有氧耐力训练后,体质量下降约1%,脂肪质量下降约9%,去脂体质量增加约1%,但均无统计学意义上的显著改变;2)4周有氧耐力训练后,多级递增负荷测试各级血乳酸浓度整体有显著差异的趋势(P=0.057),乳酸曲线右移;运动结束后5 min时血乳酸浓度显著低于训练前(P=0.009);3)非靶向代谢组学分析显示,有氧耐力训练2周后血浆腺苷、肌苷分别较训练前升高约76.9倍、10.9倍,次黄嘌呤升高约3.9倍,尿苷、尿嘧啶升高约1.6倍,烟酰胺升高约3.2倍;胆碱、多种类型的溶血磷脂胆碱和磷酰胆碱均显著升高;十五烷酸显著升高,而辛酸显著降低;硬脂酰肉碱和2-甲基丁酰肉碱均显著升高;血浆中多种生糖氨基酸水平显著升高;4)有氧耐力训练4周后,血浆腺苷、肌苷、尿苷、尿嘧啶水平较有氧耐力训练2周时升高幅度下降,同时,LysoPC 14:0、硬脂酰肉碱显著下降;5)血浆氨基酸靶向定量分析显示,缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸、谷氨酸各时间点存在显著差异;与训练前相比,训练后血浆中上述游离氨基酸浓度均显著升高。结论:青少年赛艇运动员4周有氧耐力训练后有氧运动能力改善,身体脂肪质量降低,去脂体质量小幅增加,并伴随着核苷酸降解增多、脂肪动员和脂肪酸转运加强以及肝肠代谢功能改变。经非靶向代谢组学分析并靶向验证发现,支链氨基酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等生糖氨基酸在青少年赛艇运动员有氧耐力训练的应答适应中有着重要作用。血浆腺苷、肌苷等具有较高VIP值、发生较大幅度变化的代谢物是判断青少年赛艇运动员有氧耐力训练适应效果的潜在标志物。

水田风送施肥参数检测试验台设计与试验

水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响,而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验,设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况,实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示,可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明,试验台行进速度可在0~1.62 m/s内调节,误差1.5%;输肥气流速度在0~30 m/s之间,满足风送排肥需求;排肥系统最大排肥变异系数为5.79%,施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试,结果表明,对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为:排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测,缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期,为实现水田施肥智能控制打下基础。

基于介电特性的联合收获机小麦含水率检测装置研究

谷物水分的快速测量对谷物准确测产、粮食快速收储、精准农业实施具有重要意义。针对联合收获机动态作业条件下小麦水分检测稳定性差、测量精度低等问题,基于小麦介电特性原理,设计一种联合收获机水分在线检测装置,提出一种动态连续取样、静态间歇测量的新方法,实现了联合收获机作业条件下,在线快速稳定检测小麦含水率。在线检测装置由机械动态取样部分、电机控制模块、传感器模块、数据采集模块、卫星定位模块和显示终端组成。其中传感器模块包括水分传感器、温度传感器和料位传感器。开展了静态验证试验和田间动态验证试验。试验结果表明,静态条件下,含水率在线检测误差在3%以内;在田间动态变化条件下,建立了基于介电常数和温度因子的水分检测模型,实测值和检测值相关系数达到0.92,在线检测误差小于5%。采用动态连续采样、静态间歇测量的方法显著提高了含水率在线检测的精度,为实现小麦精准生产提供了一种快速测量手段。

公开级与轻量级赛艇运动员高原训练初期免疫应答特征的比较研究

目的:探讨男子公开级与轻量级赛艇运动员初上高原阶段免疫应答差异。方法:以8名公开级和轻量级赛艇运动员为研究对象。初上高原前2周均以低强度有氧训练为主,上高原前和高原训练(2280 m)1周调整后次日晨空腹采肘静脉血测量淋巴细胞亚群和血浆儿茶酚胺、肌红蛋白及皮质醇浓度。结果:(1)高原适应性训练1周后肌红蛋白浓度无显著变化,轻量级和公开级运动员T%和CD4+%显著降低,NK%显著升高;CD8+%和CD4+/CD8+无显著变化;轻量级和公开级运动员间淋巴细胞各亚群的变化均无显著交互效应。(2)高原适应性训练1周后轻量级和公开级运动员血浆多巴胺均显著下降(-18.66%vs.-9.88%);血浆肾上腺素和去甲肾上腺素均小幅升高,但无显著性改变;血浆肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺组间均无显著交互效应。B%与血浆多巴胺呈中度显著正相关。结论:以低强度适应性训练为主的高原训练初期呈现出一定程度的免疫应激,表现为循环血T%、CD4+%显著下降,NK%显著升高,多巴胺显著降低。公开级与轻量级赛艇运动员间无显著应答差异。多巴胺可能与高原训练初期B细胞的应答调节密切相关。

小麦宽苗带撒播器弹籽板结构设计与优化

为了对小麦宽苗带撒播器进行结构改进和参数优化,该文以鸭掌型宽苗带撒播器弹籽板为研究对象,建立了以球面半径、安装倾角和跨度作为变量的球面型弹籽板数学结构模型,搭建了离散元仿真平台,以小麦籽粒横向均匀度变异系数作为作业效果评价指标,分析3个变量对宽苗带撒播器工作性能的影响,并根据试验结果对弹籽板的结构进行优化。单因素试验结果表明,球面半径在130～150 mm、安装倾角在30?～40?、跨度在80?～100?区间时,宽苗带撒播器具有较好的横向匀种效果;通过二次回归正交旋转组合试验,建立了3个变量与横向均匀度变异系数的回归方程,结果表明,影响小麦籽粒横向均匀度变异系数的主次因素依次为安装倾角、球面半径、跨度和安装倾角×跨度,其中安装倾角和跨度之间存在一定的交互作用,当球面半径、安装倾角和跨度分别为141.26 mm、35.53?和90.72?时,宽苗带撒播器具有较优的横向匀种效果,此时理论计算和仿真试验的横向均匀度变异系数分别为10.58%和9.21%,两者偏差仅为1.37个百分点,说明建立的回归模型准确;弹籽板最优结构参数组合下宽苗带撒播器台架和田间应用试验结果显示,小麦籽粒的横向均匀度变异系数的平均值分别为13.40%和12.10%,台架和田间应用试验的结果与仿真试验基本吻合,证明应用离散元法对宽苗带撒播器弹籽板结构参数进行优化的结果是可信的。该研究可以为宽苗带撒播器的弹籽板结构参数优化以及提升其横向匀种效果提供理论参考。

基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型

针对中国黄淮海地区冬小麦基肥施用过程中化肥无序投送造成的过量施用、利用率低的问题,结合现有的冬小麦旋耕施肥作业的农艺特点,该研究提出一种基于旋耕覆土的基肥定深条施投送方法。通过对旋耕刀、后抛土块进行运动学分析,建立了基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型,搭建了旋耕施肥试验平台,设计了2组递进试验,应用该平台对建立的排肥口位置与施肥深度关系模型进行大田试验验证,在旋耕机构的结构参数和工作参数一定的情况下,根据建立的关系模型对排肥管的安装位置进行依次调整,试验设置80、100、120、140和160 mm共计5种肥料目标投送深度,然后对5种肥料目标投送深度下的肥料实际位置深度进行测量。试验结果表明,肥料的实际位置深度均值与对应目标投送深度的偏差最大值为9 mm,偏移率最大值为8.75%,肥料的实际投送位置深度和目标投送深度基本吻合。该研究可以为中国黄淮海地区冬小麦基肥的精准定深实施及其相关联合机具开发提供理论依据。

基于旋耕覆土的冬小麦基肥分层定深施用装置设计

针对中国黄淮海地区冬小麦主产区基肥的无序、过量施用和利用率低等问题,该文在基肥分层施用农艺研究基础上,基于旋耕机覆土原理,提出了土壤后覆盖方式下的冬小麦基肥精准分层定深投送方法,并设计了冬小麦基肥分层定深施用装置,该装置可一次完成旋耕、分层施肥和镇压作业。其中旋耕机构配备变速齿轮传动箱,可以进行高、中、低3种转速之间的转换,选用国标IT245型号旋耕刀,在刀辊上按对称螺旋线布置;肥料分层投送机构配深层和浅层排肥管,用于深层和浅层肥料的投送作业。在北京小汤山精准农业示范基地进行了装置的田间作业性能试验,结果显示:装置在120、150和180 mm的3种耕深作业工况下,耕深最大误差为5 mm,耕深稳定性系数最小为93.84%,满足旋耕机构的作业性能技术要求;设置浅层和深层肥料的目标施用深度分别为80和150 mm,实际肥料施用深度稳定性系数分别为92.38%和95.11%、合格率分别为83.33%和90%,满足旋耕施肥装置的作业性能指标要求。该研究可以为冬小麦基肥的机械化精准分层定深施用技术提供装备支撑。