大豆垄上三行密植行间除草装置设计与试验

针对大豆垄上三行密植种植模式下,苗带间距较小,现有除草装置行间除草率低、伤苗率高、中耕除草作业困难等问题,设计了一种大豆垄上三行密植行间除草装置,主要由定位圆盘、弹齿固定连杆和弹齿等组成。根据中耕时期大豆苗和杂草的生长状态,确定了定位圆盘和除草装置的安装距离;通过对弹齿除草过程进行动力学分析,建立弹齿入土部分曲线方程,并对弹齿进行运动学分析;以圆周弹齿组数、弹齿入土角和轴向弹齿个数为试验因素,松土率和弹齿平均工作阻力为指标,利用离散元仿真方法进行Box-Behnken多因素试验,得到圆周弹齿组数为10、弹齿入土角为80°、轴向弹齿个数为5,具有最佳效果。以机具前进速度、除草组件转速和入土深度为试验因素,以除草率和伤苗率为评价指标,对除草装置进行单因素田间性能试验,结果表明:当除草深度35mm、机具前进速度2.5km/h时,平均除草率、伤苗率分别为88.24%、2.77%,机具作业性能稳定,未出现堵塞现象,满足大豆行间除草农艺要求。

基于动力吸振器的微耕机扶手架减振设计

微耕机的扶手架结构较为简单,在田间作业时会造成扶手架的强烈振动,长时间的强烈振动会给操作者身心带来不适甚至严重伤害,针对此问题,对微耕机扶手架进行了减振设计。对于结构相对简单的构件,振动问题大多是由于主振动系统自身结构阻尼的不足导致的。为此,结合微耕机实际情况,将动力吸振器的设计方法应用于微耕机扶手架上,对动力吸振器进行结构设计并试制样件。最后,对动力吸振器样件的减振效果进行试验测试,结果表明:在安装动力吸振器样件后,其手把处的振动强度在空挡和耕作状态下分别降低了13.9%和11.2%。

机械除草技术装备应用调研及发展建议

除草技术装备是农业生产中不可缺少的农具。通过查阅资料、电话访谈、企业座谈和实地观摩等方式,针对除草技术装备开展了深入调查研究。分析了机械除草节本增效情况、国内机械除草装备推广应用情况及高端智能除草装备研发进展情况等,剖析了黑龙江省智能除草装备应用存在的主要问题及原因,在此基础上提出了发展建议对策。

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。

韭菜培土机设计与试验

根据农艺需求,韭菜进入动态生长期后要进行2~3次培土工作,且随着韭菜假茎不断长高,培土高度也不断增加。为此,针对国内外现有中耕培土机培土易损伤韭菜茎叶、扶苗困难、不适合韭菜多次培土的问题,设计了一种韭菜培土机,经过对扶苗装置、培土刀的理论研究,确定了工作参数,并采用离散元法模拟了韭菜培土过程,分析了培土装置作业参数对土壤颗粒各轴向运动速度和垄上颗粒数量的影响。通过数据处理软件对田间试验结果进行分析,得到了最优组合参数,即刀具转速为370r/min、内挡土板展开角为93°、外挡土板展开角为68°、培土宽度为365mm、培土厚度为94mm、韭菜真叶土壤覆盖量为72g。

跨行自走式除草机器人设计及仿真分析——基于EDEM

杂草去除是农业生产中不可避免的问题,因此设计了一种跨行自走式除草机器人,能够同时实现行间和株间除草,且行间除草的同时能够起到深松土壤的作用。通过曲柄摇杆机构实现除草刀的摆动,来避开农作物。利用EDEM软件对固定除草深度和速度下不同入土角度的除草过程进行仿真分析,结果表明:相同除草深度和速度下,除草刀具受力随着入土角度的增大而先减小后增大;行间除草刀具选取45°入土角为最优工作参数,株间除草刀具选取60°入土角为最优工作参数;通过仿真计算土壤蓬松度和土壤扰动系数,得到的结果是土壤蓬松度在10%~40%之间、土壤扰动系数大于50%,符合松土壤扰动效果的评价指标。

旱田机械除草机的设计与试验

[目的]为了有效解决除草机的行间和株间除草率低以及伤苗率高问题,研制了一种旱田机械除草机。[方法]采用滚切式除草圆盘部件、除草铲部件、除草轮部件以及除草弹齿部件等多种除草部件相结合的方式进行除草作业以提高除草率,通过设计辅助对行系统降低伤苗率。[结果]影响除草率和伤苗率的主要因素为机具作业速度和作业深度。[结论]机具作业深度选择15 mm,作业速度选择0.65 m/s为最佳,除草率和伤苗率均符合旱田机械除草作业的技术指标。

基于深度学习的智能除草视觉导航方法研究及实现

该文基于深度学习提出了一种智能除草视觉导航方法,通过搭建硬件系统,用于采集农田信息和导航控制。该模型通过对实时图像数据进行处理和分析,能够准确地识别出杂草并实现导航控制,从而实现智能除草的目标。试验结果表明,该文提出的方法在不同场景下都具有较高的识别准确率和导航精度,具有良好的实用性和推广价值。

苹果园内无人割草机多机协同作业路径优化算法

[目的]提高新型苹果园内多台无人割草机协同作业时的工作效率。[方法]提出一种改进的遗传算法(Improved genetic algorithm, IGA),为每台割草机分配并优化作业路径。根据实际无人割草机作业情况,以总转弯时间和作业时长为综合优化目标,构建无人割草机多机作业路径优化模型。通过设定任务阈值,引入改良圈策略和Metropolis准则改进遗传算法(Genetic algorithm, GA)以求解模型。[结果]仿真试验结果表明,IGA为每台割草机分配的任务量均衡,与GA相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少22.89%和19.36%;与分区作业相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少45.53%和10.68%。在梯形果园中,IGA不受果树分布影响,与GA和分区作业相比,平均总转弯时间分别减少14.38%和34.08%,平均作业时长分别减少23.71%和10.07%。[结论]所提出的IGA性能更好,能有效优化机群的作业路径,缩短作业时长,提高作业能力。

基于离散元法的生态茶园开沟抛土刀设计与参数优化

【目的】旨在设计一种用于生态茶园环境作业的开沟抛土刀。【方法】以正切面折弯角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角为试验因素,以功耗和区域抛土质量为评价指标,采用Box-Benknken中心组合设计法进行离散元仿真试验。【结果】(1)正切面弯折角、抛土片面积、抛土片与侧切面夹角3个因素对功耗和区域抛土质量的影响均显著。(2)仿真试验得出的最优参数组合:正切面弯折角112.7°,抛土片面积3566 mm^(2),抛土片与侧切面夹角132.5°。在最优参数条件下,功耗为1.121 kW,区域抛土质量为11.45 kg。(3)刀具功耗平均误差为12.25%,区域抛土质量平均误差为12.67%,说明该仿真模型较为可靠。

基于改进灰狼算法的智能除草机模糊避障研究

针对南方丘陵山区复杂林地除草作业环境,对智能除草机避障问题进行研究。首先,在原有除草机的基础上设计了适应于油茶林除草避障作业的智能应用系统,采用双目摄像头LeTMC-520与AJ-SR04M超声波传感器相结合的方式感知周边作业环境,以Jetson Nano为上位机、STM32F405RGT6为下位机组成控制系统核心,引入模糊控制算法,并改进灰狼算法(IGWO)对隶属度函数和模糊控制规则进行优化;其次,在MatLab软件进行改进的算法仿真验证;最后,在油茶林试验地进行除草测试,验证其方案的可行性以及避障功能的可靠性。研究结果表明:与传统的模糊控制对比,此控制方法控制更加精确,能够满足南方非结构化林地的除草作业避障需求,可为机器提供可靠的安全防护功能。

水草清理装置的应用现状和发展趋势研究

经过对水草清理装置相关产品及研究文献的深入调查,分析当前水草清理装置的主要类型及其结构特点,总结水草切割机构的研究现状及水草清理装置控制系统的发展水平。探讨当前水草清理装置应用中存在的问题及未来的发展趋势。

旋转除草工作部件控制系统设计

国内适用于丘陵高粱地的除草机械较少,难以满足丘陵地区对除草的需求,丘陵山区机械化除草作业进程缓慢。研究设计一种新型高粱地除草机避苗装置及其控制系统,根据避苗传感器反馈的电压模拟量信号,经过A/D转换,采用PID控制算法,计算驱动避苗电机所需的参数,使其除草时避苗且不伤苗,解决了西南丘陵地区机械化除草过程中的误伤问题,为旋转式高粱地除草机械自动化除草提供基础,对促进丘陵山区农业机械化进程具有重要意义。

稻田微型螺旋推进抑草机的设计与试验

为解决稻田机械除草作业中除草率低、伤苗率较高等问题,提出一种光学-机械复合除草方法,该方法通过提高水层浑浊度来抑制杂草光合作用,从而达到除草的目的。通过改进传统的螺旋推进装置,设计一种可适用于稻田土壤环境的微型螺旋推进抑草机。建立滚筒转速对螺旋滚筒工作阻力、运行转速的关系曲线;采用显式动力分析模块LS-DYNA对抑草机在稻田有水环境下的工作过程进行仿真分析,建立螺旋滚筒-土壤-水的耦合模型,进行流固耦合的仿真求解,取得抑草机在作业过程中的切削阻力及功率等参数;通过试验槽样机试验,探究水层深度对水层浑浊度影响的变化规律。结果表明:设计的微型螺旋推进抑草机最优转速为400 r/min;仿真阻力平均值较试验值大5.47%,仿真功率平均值较试验值大6.06%,仿真数据与试验数据的吻合度高,验证了仿真模型的可靠性;当试验槽中水层深度为20、40、60 mm时,浑浊度大于120 NTU的持续时间分别为5、8、8 h。

果园垄面生草避障刈割机构运动学设计与试验

针对起垄栽培果园垄面生草刈割困难的问题,设计一种垄面生草避障刈割机构。通过运动学仿真分析,以压力角和加速度为主要优化指标,对各连杆长度进行了优化,确定了气动液压杆的选型,并对避障刈割机构以及关键运动节点的运动参数进行了分析。结果表明:避障刈割机构避障时轨迹为外圆弧,整个过程中最大角速度为22.5°/s,最大加速度为45°/s^(2),在x轴的最大避障位移为550mm,在-y轴最大避障位移为-250mm。田间试验结果表明:作业割茬高度平均值为63.36mm,平均割茬稳定系数为90.30%(大于90%),平均漏割率为2.18%(小于3%),果树避障通过率为100%,满足垄面株间避障割草的园艺要求。

制种油菜杂株铲齿式拔除试验台设计与试验

针对目前人工拔除油菜杂株耗时、费力的情况,设计了一种铲齿式末端执行器,并搭建了试验台,可实现机械化杂株拔除作业。基于PLC的试验台控制系统包含硬件与软件两部分,可通过触摸屏设置作业参数、显示与记录数据,实现自动化杂株拔除作业。试验表明:试验台配合铲齿式末端执行器能够顺利进行制种油菜杂株机械化、自动化拔除作业,运行可靠且满足制种油菜田农艺要求,控制系统具有操作简单、效率高、使用成本低等优点。

果园除草技术的研究现状及发展趋势

随着我国发展特色林果业相关政策的出台,林果种植面积逐渐增多,同时果园管理问题也日益凸显。在果园种植生产管理过程中,杂草影响了果树的正常生长,降低了果品的产量和质量。目前国内外在果园除草方面开发了多种技术与方式,通过对不同的除草方式进行分析总结,指出不同除草方式的优点和存在的问题,并从化学除草、机械除草2个主要方面总结梳理了当下研究现状及技术应用,提出合理的除草方式,并指出了果园田间管理未来研究的发展趋势。

滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率,降低肥料对水田的污染,该研究结合侧深施肥技术与液肥优点,研制一种水田滑刀开沟-气力引射式液肥雾化侧深施肥装置。该装置采用滑刀式开沟器开沟,利用气力引射式雾化施肥器雾化和引射液肥,将液肥侧深施于水稻根区附近土壤。设计了气液同轴气力引射式雾化施肥器内腔结构,以喉嘴距、混合室(喉部)直径、气体压力为因素进行全因子土槽试验,分析各因素对排肥量(液肥质量流率)和耗气量(气体流量)的影响。结果表明,影响液肥质量流率的主次因素顺序为混合室(喉部)直径、气体压力、喉嘴距;影响气体流量的主次因素顺序为气体压力、喉嘴距、混合室(喉部)直径。采用EDEM离散元仿真软件进行仿真优化,利用加权评分法综合评判仿真试验结果,结果表明,在不同工作速度下,滑切角为32.5°、刃口角为45°时,滑刀式开沟器可获得较优的工作性能。开展土槽试验验证仿真结果,滑刀式开沟器入土深度为30 mm、前进速度为1.2 m/s时,牵引阻力实测值为8.5 N,仿真结果为6.9 N,相对误差为18%,土壤扰动面积仿真结果为1965.6 cm2;入土深度为50 mm、前进速度为0.6 m/s时,牵引阻力实测值为14.4 N,仿真结果为12.2 N,相对误差为15%,土壤扰动面积仿真结果为2137.2 cm^(2)。土槽性能试验结果表明,该装置在入土深度为30 mm,前进速度为1.2 m/s时,排肥量标准差为0.2427 g/s,与最大排肥量的相对误差为1.42%,施肥深度与入土深度的相对误差为4.4%;在入土深度为50 mm,前进速度为0.6 m/s时,排肥量标准差为0.4796 g/s,与最大排肥量的相对误差为2.13%,施肥深度与入土深度的相对误差为2.1%。研究结果可为水田液肥侧深施技术的应用提供参考。

马铃薯碎土整地联合作业机设计与试验

针对东北地区整地作业中,结块多、土壤残茬严重、犁底层加厚等问题,根据我国现有的东方红-75/802型拖拉机的动力条件,设计了一种适用于马铃薯田的驱动式碎土整地联合作业机。该机是根据国外先进的土壤保护耕作法,结合东北地区土壤情况和马铃薯田整地要求设计的一种机具。本文阐述了机器整体结构及工作原理,设计了碎土辊,分析了碎土辊运动过程、碎土辊工作过程中楔形齿所受的阻力及碎土辊作业时所需功率,基于EDEM离散元仿真技术,建立了部件-土壤仿真模型,以土壤破碎率为试验指标,以碎土直齿末端倾角、碎土直齿边长和机组速度为试验因素进行仿真试验,在仿真基础上进行田间试验,试验结果表明,所设计的碎土整地联合作业机碎土率为98.45%、平均耕深为14.5 cm、机组速度为5.7 m/s、碎土辊消耗功率为19.24 kW,具有良好的作业效果,满足马铃薯田整地作业要求。

抛推组合式草土分离前胡除草机设计与试验

针对丘陵山区前胡种植使用除草机时存在草土不分离导致杂草复生、碎石飞射伤人的问题,设计了一款抛推组合式草土分离除草机。对称螺旋结构的除草轮将土推向两侧,避免碎石飞射伤人。刀齿将杂草抛向后方实现草土分离,防止杂草复生。螺旋结构除草轮采用中轴对称左右旋向相反布置,使得碎石沿轴向两边飞离,有效防止碎石飞射伤到后方机手。通过理论分析确定除草轮的齿形、齿数,分别进行除草轮在杂草-土壤、碎石-土壤模型中的运动分析。使用EDEM和ANSYS耦合仿真,验证其工作性能和物理性能。通过田间试验,验证除草轮能够实现草土分离,得出机具的最佳工作参数为:除草轮转速13 r/s、前进速度400 mm/s、除草深度35 mm,平均除净率为86.7%。