4JS220型玉米秸秆切段还田机设计与试验

传统单轴和双轴玉米秸秆还田机切碎后秸秆呈丝条状,无法实现切段精细还田,阻碍下茬作物播种和出苗。针对这些问题,设计了4JS220型玉米秸秆切段还田机,采用双轴切碎,前切碎为锤爪粉碎器,后切碎为滚筒式切碎器,可实现玉米秸秆切段还田。田间试验表明,该机切段平均长度30.4 mm,留茬平均高度39.1 mm,秸秆粉碎长度合格率93.3%,秸秆抛撒不均匀度11.3%,纯生产率0.333 hm^(2)/(m·h)。样机各项指标均达到或超过国家标准要求,满足设计与使用要求。

基于四行精密播种的玉米直播机设计与试验

为了解决播种玉米种子精度低的问题,设计了一款基于四行精密播种的玉米直播机,可实现玉米种子快速、精准播种。试验表明:该玉米直播机移动性能好、播种速度快、种植深度和每穴种子数量更加准确,封土情况也大幅改善,符合设计需求,具有较高的可靠性和可行性。

钵苗移栽机取苗装置的设计与试验

设计了一种钵苗移栽机取苗装置,并对夹苗和松苗两种状态下的末端执行器进行运动仿真,从而选择合适行程的气缸或推杆作为原动件。选用凸轮机构用于顶苗,根据凸轮各阶段工作规律设计出合理的轮廓线,利用仿真验证出满足设计要求。试验结果表明:设计的取苗装置未取出率平均值为8.22%,取苗成功率平均值为91.78%,达到了设计目标。

自动巡航草方格固沙机结构设计分析及试验

针对荒漠化治理对草方格固沙机的需求,提出了一种集底盘、开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构与一体的多功能草方格固沙机。分析了“T+一”式草方格种植模式的优势,提出了自动巡航草方格固沙机整体结构方案,并对开沟机构、草箱机构、插草机构、覆压沙机构、播种及洒水机构、升降机构等关键组件的功能和结构进行了详细分析。应用三维建模软件建立虚拟机构模型,对推草和插草机构进行了运动仿真分析,并对整机进行了作业性能试验。结果表明:各机构构件间无干涉,构件运动仿真轨迹符合功能要求,杆件尺寸参数设计合理,机器作业效率高,可有效保证草方格铺设的准确性和有效性,满足机械化固沙的要求,具有良好的通用性和适应性。

基于通信数据算法的智能采摘机通信系统设计

以苹果采摘机工作过程中的质量监测和采摘量统计为研究对象,通过传感装置和显示终端对苹果采摘过程进行监测,并利用单片机计数程序对采摘频率、采摘间隔序列及采摘准确数等数据进行统计,经通信系统传输至监测显示终端,通信系统采用应答模式数据通信协议实现了可靠准确的数据传输。试验结果表明:利用通信数据算法建立的苹果采摘机通信系统在进行采摘过程监测时,准确率可达到90%,信息数据传输过程可靠稳定。

基于PLC技术的联合收割机电气控制系统设计

以联合收割机电气控制系统为研究对象,利用可编程控制器(PLC)对联合收割机电气控制系统进行改进,以提高联合收割机运行效率和可靠性。通过对联合收割机的工作原理和液压作动系统进行分析,基于可编程控制器(PLC)进行联合收割机电气系统整体设计,并对电气系统的运行效果进行测试分析。试验结果表明:系统运行可靠,能够获得良好的收割效果,可将收割损失率控制在2%以内,验证了系统运行过程稳定性。

基于计算机视觉的采摘机械臂控制系统设计

为了提高机械臂采摘的效率及增强安全自主性,提出了一种基于改进卷积神经网络和迁移学习的计算机图像识别模型。首先,建立了由可采摘与不可采摘图像组成的样本数据集,将每幅图像的像素设置为256×256;然后,构建基于改进卷积神经网络和迁移学习的计算机图像识别模型,并将自动编码机网络结构与卷积神经网络运算方法相结合,利用自动编码机网络结构具有编码和解码的环节,通过卷积神经网络运算方式构建出一种改进的卷积神经网络;通过卷积层挖掘图片信息中具有采摘信息的特征,同时消除随机环境对图片的干扰,解码部分能够对特征图像进行上采样并判断是否应该进行采摘与采摘姿势;最后,将构建网络模型与迁移学习相结合进行实验,分析迁移学习方法、数据集样本大小、网络参数对实验结果的影响。结果表明:采摘机械臂识别模型整体识别率更高,能够构建出效率更高、鲁棒性更强的采摘控制系统。

智能传感器在农业机械电气控制领域的应用与发展

智慧农业、智能农机已成为我国现阶段农业发展的主流趋势,农业智能传感监测技术是实现这一目标的核心技术。传感器作为一种监测感知特定物体状态信息的设备,其主要工作原理是将监测到的物理信息转换成为更易读取的数字信号或其他种类的电子信号,因其具有较高的反应速度、测量精度等特点,传感器已被广泛应用到众多领域。农业机械对于传感器技术的相关应用主要包括农用姿态监测传感器、视觉识别传感器和物料感知传感器等。该文通过分析研究智能传感器在农业机械电气控制的主要应用现状,阐述了国内外关于利用传感器技术进行农机作业状态监测、作物生长信息采集以及农机自动控制等研究的丰富成果,分析了智能传感器在农业机械应用过程中仍存在的部分问题,最后对智能传感器在农业机械电气控制领域的未来发展进行了详细的展望。

小型玉米收获机车身调平系统研究

为了提高小型两行轮式玉米收获机在复杂地形的作业能力,设计了一种三点调平装置,建立了调平模型并对其进行了理论分析,并设计了调平控制系统。在此基础上,设计并制造了试验用车,对倾角信号进行滤波处理后,进行了调平试验。试验结果表明:车身左倾最大调平角度是15°,右倾最大调平角度是17.5°,前倾最大调平角度是12.5°,后倾最大调平角度是17.5°,验证了自动调平机构和控制系统的可靠性和实用性。设计的针对4YZ-2玉米收获机的三点调平装置和调平控制系统可为玉米收获机自适应调平提供了研究基础,并为其他行走农业机械的调平设计提供了新思路。

基于形态特征的破碎玉米籽粒识别及检测装置设计

基于K-Means聚类分割算法、颜色空间转换和形态学特征,通过对辽沈地区广泛种植的玉米的面积、面积与周长比、短轴与长轴比、圆形与矩形及五种形态特征的分析,识别出玉米碎粒。同时,设计开发了一种基于同步带轮的玉米籽粒破碎率在线检测装置,用于玉米籽粒破碎率的在线检测与识别。研究结果:①利用K平均算法分割算法将图像分割为目标区域和背景区域;②利用K平均算法分割算法将图像分割为二值化图像,进一步对二值化图像采用形态闭运算填充目标区域的非连通区域,对目标区域进行统计分析,计算出形态特征;③通过多组试验,玉米籽粒破碎的识别率可达94%。

拖拉机多路阀节流槽动态特性研究与试验

为优化部分拖拉机多路阀流量特性、减小压差等问题,设计一种具有U-半圆形节流槽结构的拖拉机多路阀,通过仿真试验研究U-半圆形节流槽拖拉机多路阀的动态特性。结果表明:U-半圆形节流槽出口流量呈现先小后大再小的特点。多路阀出口稳态流量为113 L/min,流量变化稳定无冲击,控制特性好。制定U-半圆形节流槽拖拉机多路阀试验方案,通过试验得出阀口压差随着阀芯位移的增大而减小,阀口最小压差为1.2 MPa;测得多路阀最大泄漏量为10.5 mL/min,满足泄漏指标。从而验证U-半圆形节流槽多路阀流量变化稳定,内泄漏量小。

生物质成型技术及LH-600型生物质颗粒成型机设计

针对大型养殖场固体粪污、生物质秸秆、茶园茶梗、果园枝条、木屑及蘑菇渣等农业固体废弃物资源化利用过程中,生产生物质颗粒存在产量过低、设备故障率高、易堵塞模孔和成型率差等问题,研发设计了LH-600型生物质制粒成型机。对成型机喂料装置、颗粒成型装置、动力传动机构进行了创新设计,并利用Solidworks软件进行辅助设计。试验、工程实践应用表明,成型机具有使用寿命长、维护成本低、传动机构润滑降温效果好及高效节能等优点,适合大中型饲料加工厂、养殖场及有机肥厂使用。

数学建模应用的水稻插秧机控制系统优化分析

以水稻插秧机仿形机构作业升降和保持过程为研究对象,采用力反馈和位移反馈相互切换的控制方式构建作业过程控制系统,并利用数学建模的方式搭建仿形机构作业过程控制模型,在MatLab/Simulink环境中建立控制系统模型。采用模糊PID算法对控制系统仿真模型进行优化,仿真结果表明:模糊PID控制算法能够显著提升插秧机控制系统在不同控制阶段的工作性能。

2BMF起垄覆膜播种机的研制与实验

我国作为作为农业大国,推动农业机械化发展、提升农业机械化水平对我国农业经济发展有着极大的助益。其中,起垄覆膜播种机就是农业机械化的研究重点项目之一。本文根据西北地区农作物生产装备缺乏现状和甜菜平行铺膜播种的缺陷,研制了集起垄、铺膜、播种、施肥一体化的联合作业播种机,通过田间种植播种实验,具有较好的整体性能,可完成甜菜、葫芦、辣椒等机械化播种生产。

政产学研视角下农机装备产业SWOT分析

基于SWOT理论,通过查阅资料和调查研究相结合,分析了政产学研视角下农机装备产业的发展现状,探讨其优势、劣势、机会和威胁,并提出发展策略,为农机装备产业的发展提供借鉴。

离心式高速玉米精量排种器T形槽型孔设计与试验

针对离心式高速玉米精量排种器双粒种子并排填充导致重播严重的问题,该研究提出利用型孔槽对称凸台结构降低玉米种子并排填充概率的方法,设计了一种T形槽型孔。通过构建充种阶段玉米种子的力学模型,并结合玉米种子的形状特征确定了T形槽型孔基本结构参数。借助EDEM离散元仿真软件,以型孔槽前端长度、型孔槽后端面倾斜角以及型孔槽底部倾斜角为因素,以合格指数、重播指数与漏播指数为评价指标,设计二次正交旋转回归组合仿真试验。仿真试验结果表明:在作业速度18 km/h条件下,型孔槽前端长度为9.31 mm,型孔槽后端面倾斜角为43.37°与型孔槽底部倾斜角为70.5°时,排种质量最优,排种合格指数、重播指数与漏播指数分别为94.03%、1.72%与4.25%。台架验证试验结果表明:作业速度为15 km/h时,T形槽型孔的合格指数最高为95.16%,在此作业速度下,排种器的重播指数为1.42%,漏播指数为3.42%,满足高速精量播种要求;作业速度在12~21 km/h内时,T形槽型孔的平均合格指数为94.77%,相较于矩形槽型孔提升了3.13个百分点,相较于蹄型槽型孔提升了1.80个百分点,T形槽型孔的平均重播指数为2.06%,相较于矩形槽型孔降低了3.41个百分点,相较于蹄型槽型孔降低了2.49个百分点。该研究可为离心式高速玉米精量排种器优化提供参考。

气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5~10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,能够满足大豆-玉米高速精量密植播种要求。

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。

改进YOLOv5模型在自然环境下柑橘识别的应用

在复杂的自然环境中绿色柑橘生长形态各异,颜色与背景色相近,为有效识别绿色柑橘,提出一种基于混合注意力机制并改进YOLOv5模型的柑橘识别方法。首先,改进YOLOv5的网络结构,在主干网络中添加混合注意力机制,即在主干网络中的第2层嵌入SE(squeeze and excitation)注意力,第11层嵌入CA(coordinate attention)注意力;其次,改进网络模型特征融合结构,将YOLOv5模型Concat特征融合操作的下层分支放在模型C3模块之前,再与另一条上层分支进行特征融合;最后,改进模型分类损失函数,将YOLOv5模型的分类损失函数改成Varifocal Loss函数,加强绿色柑橘特征信息的提取,提高绿色柑橘检测精度。根据自然环境和柑橘自身的特点,对自建数据集进行分类,设计3组不同分类场景下柑橘的对比试验以验证其有效性。试验结果表明,改进后的YOLOv5-SC模型准确率为91.74%,平均精度为95.09%,F1为89.56%,在自然环境下对绿色柑橘的识别具有更高的准确率和更好的鲁棒性,为绿色水果智能采摘提供技术支持。

茶园仿生往复式开沟松土机设计与试验

丘陵山区茶园土壤板结、石砾较多,使用传统旋转或移动式开沟机会出现打石跳刀、刀具无法入土、开沟不深、作业阻力大的问题。为此,依据人工铲土具有自发性以最低功耗完成最优作业路径的特点,设计仿人工铲土动作的曲柄摇杆式开沟装置,并研制小型茶园往复式开沟松土机。通过分析人工使用铁锹铲土的动作,建立入土、切土、抛土的运动模型,基于Matlab软件分析得到人工铲土时铁锹锹尖运动轨迹的拟合方程,以此方程为基准,建立曲柄连杆机构的目标函数,结合约束条件解出曲柄摇杆机构结构参数,同时对开沟铲进行开沟阻力分析,确定开沟铲的结构参数。建立Recurdyn和EDEM耦合的开沟铲-土壤互作仿真模型,并进行三因素三水平正交试验,对作业和结构参数进行优化,得到最优参数组合:机器前进速度v为0.06 m/s、曲柄转速n为42 r/min、入土倾角φ为80°。田间试验结果表明,茶园往复式开沟松土机作业平均开沟深度为211.5 mm,开沟功率为0.119 kW,沟深稳定性系数为90.9%,相较于传统旋转式开沟机,开沟功率降低6.3%,沟深稳定性系数提高3.1个百分点,整机作业质量满足茶园农艺要求。