东北大红萝卜收获机结构设计

分析了我国萝卜收获机械的发展现状,对现有常用机型的性能进行了比较研究。为提高东北大红萝卜的机械化收获作业效率,结合其种植模式和收获工艺,设计了一种挖掘式大红萝卜收获机,主要由圆盘割刀、挖掘捡拾滚、辅助捡拾滚及输送清选机构等部分组成。工作时,收获机可以将萝卜的茎叶与根部分离,完成萝卜的挖掘、去土和集果等作业。对挖掘捡拾机构进行了数学建模及力学分析,确定了挖掘捡拾滚的转速为180r/min,辅助捡拾滚的转速为270r/min。收获机的研发为其它根茎作物收获提供了可借鉴的经验和方法。

胡萝卜联合收获挖掘部件运动及力学特性分析

针对胡萝卜联合收获机挖掘铲入土困难、挖掘壅土造成夹持不准、挖掘阻力大等问题,开展了胡萝卜挖掘部件运动及力学特性研究。构建了挖掘部件入土特性及与土壤互作力学特性的数学模型,理论解析了入土角、入土行程、挖掘阻力及挖掘部件结构间的关联关系。借助EDEM离散元仿真软件,分析了挖掘铲的入土行程及铲土互作力学特性,并进行田间验证试验。结果表明:土壤壅起高度、挖掘阻力均与入土角度成正比,最终入土角为14°~22°时,胡萝卜收净率≥98%,破损率为≤1.5%,壅土现象不显著,满足收获要求。

甜菜联合收获机分离输送装置设计与试验

为解决甜菜联合收获机分离输送过程中甜菜块根含杂率高、损伤率高的问题,设计了一种六行甜菜联合收获机的三级分离输送装置,阐述了该装置的主要结构及工作原理,并确定关键参数。通过对分离输送过程中土壤、甜菜的运动学分析及甜菜在碰撞过程中的能量分析,确定了影响甜菜含杂和损伤效果的主要因素及各因素的试验取值范围。以拨送板转速、杆条式链筛输送速度和橡胶尾筛倾角为试验因素,以含杂率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,得到试验因素与各指标的回归方程。通过响应面分析各因素对评价指标的影响规律,得出优化参数组合为:拨送板转速100.0 r/min、杆条式链筛输送速度1.4 m/s和橡胶尾筛倾角39.0°。验证试验结果表明,经过三级分离输送后甜菜含杂率为3.4%,损伤率为2.6%,各项指标均符合国家行业标准要求。

4TWZ-2型甜菜挖掘装运收获机研制与试验

甜菜机械化收获替代人工收获,可有效降低劳动强度,提高甜菜挖掘效率和收获质量。国内现有甜菜收获机型存在着技术性能落后、联合作业能力差及智能化程度低等问题。依据甜菜机械化收获农艺技术要求,在传统甜菜挖掘机的基础上,根据实际需要加装清理夹持链、圆形升运笼及可倾卸料斗等工作部件。阐述了机具整体结构和工作原理,确定了挖掘部件、打缨器、输送分离、集运装卸以及传动系统等关键部件的基本参数。通过田间试验验证了该机作业性能稳定,增加联合作业功能的同时收获效果也显著提升,试验结果满足甜菜收获农艺技术要求。

基于YOLOv 4的机收甜菜破损检测方法研究

针对甜菜机械化收获中机收甜菜识别不精确致使破损率计算不准确的问题,提出一种基于YOLOv4的机收甜菜破损检测方法。利用不同距离、不同角度和不同遮挡程度的甜菜照片制作数据集,对基于YOLOv4的机收甜菜破损检测模型进行训练和测试。测试结果表明:基于YOLOv4的机收甜菜破损检测模型识别完整甜菜精确率和召回率分别为94.02%和91.13%,识别破损甜菜的精确率和召回率分别为96.68%和95.21%,破损检测模型的mAP值为96.44%,比Faster R-CNN和SSD模型的mAP值分别高2.62%和5.65%。由此可得,提出的基于YOLOv4的机收甜菜破损检测模型可以更准确地完成对机收甜菜中完整甜菜和破损甜菜的识别,满足甜菜破损率计算的需求。

基于ADAMS的甜菜收获机自动对行探测机构仿真

设计了土下果实收获机械自动对行机构。应用UG建立了自动对行机构三维模型,并将其导入机械系统动力学仿真软件ADAMS中构建了虚拟样机模型。通过设置模型参数,添加约束和驱动,以甜菜为收获对象,实现了在ADAMS/View环境下自动对行的运动仿真。以自动对行机构复位弹簧的刚度、预紧力和作业前进速度为影响因素,以角度传感器获得的角速度为目标函数表征自动对行灵敏度及漏挖率,对影响自动对行的参数进行了虚拟正交试验研究,并进行了田间验证试验。结果表明,复位弹簧刚度的影响不显著,当复位弹簧预紧力为200 N、作业前进速度为1.5 m/s时,漏挖损失率最小。

牵引式甜菜联合收获机自动对行系统研制

为了提高甜菜联合收获自动化水平、降低收获损失,该文结合垄作甜菜种植模式,以牵引式甜菜联合收获机为载体,采用液压技术、传感器信号采集技术和微处理器控制技术设计了一套甜菜联合收获机自动对行控制系统。该系统具体包括对行探测机构、偏移牵引调整机构、液压控制系统、电子控制系统和控制软件。标准信号跟踪试验显示,跟踪最大延时小于1s,超调量小于15%,最大误差为2.5°,表明系统具有快速响应特性和稳定性。田间收获对比试验显示,采用该自动对行控制系统后,甜菜联合收获机漏挖损失率降低2.03%,根体折断率降低1.48%,根块损伤率降低2.64%。该研究可为其他土下果实收获机械对行系统研发提供有效借鉴。

北方垄作萝卜物理力学特性

通过北方垄作栽培收获期青萝卜和红萝卜的田间和实验室测定,探寻其几何参数、松土位置参数优化组合及拔取力等物理力学特性。采用数理统计方法对收获期萝卜的几何特性进行分析,得出了两种萝卜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;通过拉伸试验对收获期萝卜根茎结合部抗拉强度、拔取力等力学特性进行测试,应用软件Design-Expert Version 6.0.10分析,得出了青萝卜和红萝卜根茎结合部抗拉强度分别为(2.45±1.23)105Pa和(2.17±1.08)105Pa,最小抗拉力分别为90N和110N,土壤自然状态下所需拔取力分别为(191±113.8)N和(197±107.2)N,部分萝卜会发生枝断漏收现象;采取松土拔取收获方式,当一侧松土位置参数优化组合为松土深度15～26cm、松土距离10～20cm时,青萝卜所需拔取力小于90N,当一侧松土位置参数优化组合为松土深度18～24cm、松土距离12～16cm时,红萝卜所需拔取力小于110N,不会发生拔断漏收现象。为拔取式萝卜收获机的设计提供理论依据。

自走式双行胡萝卜联合收获机的研制及试验

为了提高中国胡萝卜机械化作业水平,结合国内胡萝卜的种植模式和农艺要求,设计了自走式双行胡萝卜联合收获机,该设备可同时完成2行胡萝卜的挖掘、夹持输送、根叶分离、去土和集收等功能。收获机由自走式橡胶履带底盘带动,主要工作部件由传动系统、挖掘装置、夹持输送装置、根叶分离装置、去土集收装置等组成。挖掘铲设计成两翼张开的三角状,可有效降低挖掘阻力;根叶分离前,胡萝卜植株在一拉紧装置作用下使根部对齐,然后转入水平夹持带输送装置经一对圆盘刀完成切割,保证了切口整齐且贴近根部顶端。经田间样机收获试验检测表明,机器收净率达到了98.2%,损伤率为2.5%,生产率达到了0.11hm2/h。该研究为胡萝卜收获机械的深入研究和发展提供了参考。

北方胡萝卜的物理力学特性研究

通过北方收获期胡萝卜的田间和实验室测定,采用图像解析和数理统计方法对收获期胡萝卜的几何特性进行分析,得出胡萝卜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;应用软件Design-Expert Version 6.0.10,通过拉伸试验法对收获期胡萝卜根茎结合部抗拉强度、拔取力等力学特性进行测试与分析,得出胡萝卜根茎结合部抗拉强度为(11.77±6.92)105Pa、最小抗拉力小于60 N,土壤自然状态下最大拔取力为(160±87)N,采用拔取收获方式时的松土位置优化参数组合为:松土深度15→19 cm,松土距离8→13 cm。试验为胡萝卜收获和加工机器系统的开发提供科学依据。

基于Proteus的甜菜收获机自动对行控制系统设计仿真与试验

为提高甜菜收获机械的自动化水平、减少漏挖损失,该文设计了甜菜收获机械的自动对行控制系统,应用Proteus软件设计了自动对行控制系统硬件电路图,应用Keil软件编写了系统的C语言控制程序,利用电子元器件对自动对行控制系统机械机构进行简化、模拟,并设置系统各元器件的参数,实现了在Proteus环境下自动对行控制系统的运行仿真;并进行了实验台和田间验证试验。结果表明,虚拟仿真试验的转动角度与实验台架试验的最大误差为2.78%,平均误差0.95%;与田间试验的最大误差为2.60%,平均误差1.30%。虚拟仿真结果与实验台、田间等试验结果基本一致,可为收获机械自动对行控制系统的设计研究提供参考。

圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。

木薯茎秆机械力学特性试验研究

木薯茎秆力学特性参数在木薯收获、木薯茎杆粉碎还田等机械的设计过程中具有一定参考意义。采用物理试验方法,对华南205木薯茎秆的压缩、剪切、弯曲力学特性参数进行了测定与分析,结果表明,木薯茎秆为各向异性材料,木薯收获季节含水率为68.86%时,木薯茎秆轴向压缩强度均值为1.51MPa,径向压缩强度均值为0.76MPa;木薯茎秆轴向剪切强度均值为0.32MPa,径向剪切强度均值为2.23MPa;径向抗弯强度均值为5.94MPa。

圆盘式甜菜收获机自动导向装置的参数优化与试验

为了提高圆盘式甜菜收获机的对行收获质量,该文结合导向装置的结构及工作特点,分析了导向机构的受载及运动特性,得到了导向机构在运动过程中的加速度方程,并确定了影响导向对行效果的关键参数。采用响应面优化设计方法,建立了关键参数与导向损失率之间的数学模型,确定了较优的参数组合(弯角为145°,安装角为8°,水平长度为240 mm)。田间试验表明:导向装置可实现甜菜收获机的自动导向对行收获,收获损失率为5.12%,且满足甜菜收获机收获质量的行业标准(NY/T 1412-2007)。研究结果可为同类甜菜收获机的研发和单株块根作物的导向对行收获研究提供参考。

甜菜顶部物理机械特性的测定研究

甜菜顶部的物理特性对于甜菜动态仿形切顶装置的设计研究至关重要。为此,通过对收获期甜菜的顶部物理特征参数(植株自然高度、块根露出地面高度、块根最大处直径、青苔厚度、茎叶展开尺寸)进行了测定研究,探索其顶部生长特征分布规律。同时,对甜菜顶部机械力学特性进行了试验研究,获得了切刀刃角、切削深度与甜菜顶部支反力的规律,为甜菜收获机切顶作业过程中甜菜顶部的动态仿形研究提供了相应的设计参数和重要的理论依据。

花生联合收获清选试验台的设计与研究

针对目前我国对花生联合收获清选装置研究缺乏的现状,设计了一种花生联合收获清选试验台。该试验台采用风筛组合的清选方式,可通过改变工作部件的相对位置方便地调整各清选参数,满足不同清选试验的要求;采用了先进的数据采集处理系统,对试验数据进行实时采集处理。试验台结构简单,操作方便,为花生联合收获清选装置的设计与研究提供了新的试验平台。

甜菜收获机自动对行液压纠偏执行系统设计与试验

随着农业机械机电液一体化程度以及设备性能的不断提高,甜菜收获机也逐渐向自动化智能化方向发展。为此,设计了甜菜收获机自动对行液压纠偏执行系统总体机构,确定了系统工作原理。通过设计、计算分析,确定了液压元器件的主要结构和工作参数。同时,应用AMESim软件对系统进行了建模与仿真以及动态响应特性分析,确定了液压流量和压力的取值范围。对系统进行了物理样机设计和台架试验,得出了液压流量和压力对性能指标系统反应时间的影响规律和趋势,以及液压流量和压力的最佳取值,即当液压流量为25L/min,供油压力为18MPa时,系统反应时间最小。

胡萝卜收获机的设计

为了解决胡萝卜收获季节人工紧缺、费用昂贵的问题,结合国内胡萝卜的种植模式和农艺要求,研发设计了新型高效侧悬挂式胡萝卜收获机。该机一次完成挖掘松土、夹持输送、对齐切缨及集条放铺的工作过程,为夹持式胡萝卜收获机械的进一步研究和发展提供了借鉴。

圆盘式甜菜挖掘装置性能参数的优化

为了提高圆盘式挖掘装置的工作性能,解决收获过程易壅堵等问题,该文结合圆盘式挖掘装置的结构及工作原理,从理论上分析了挖掘装置的参数关系及运动机理,建立了挖掘圆盘刃口的运动方程,得到了甜菜的运动轨迹,确定了圆盘式挖掘装置的关键性能参数,并以圆盘的张角、偏转角和挖掘深度为试验因素,甜菜的粘土率、折断率和损伤率为性能评价指标进行三因素三水平的正交试验。试验结果表明:作业深度对甜菜的粘土率和折断率的影响较大,张角和作业深度共同影响着甜菜的折断率,偏转角对这2个指标的影响均不明显;损伤率受张角、偏转角和作业深度的影响不大,可以忽略不计。综合考虑各评价指标,通过综合评分法得较优的参数组合。即当张角为15°,偏转角为30°,挖掘深度为120 mm时,甜菜收获的粘土率为12%,折断率为0,损伤率为0,加权综合指标为3.6%,整体收获效果相对较好。

自走式麻山药收获机的研究

针对麻山药人工收获效率低、伤根及收获标准不统一等问题,设计了专用的麻山药收获机。该机采用链式开沟自走方式进行作业,可同时平整土地、收获山药、自动填沟,是一种多功能麻山药收获机。田间试验和收获作业表明:收获机作业过程中性能稳定、效率高,收获麻山药根系完整、破损率低、开沟质量及翻振效果良好,作业质量符合农艺要求。该机具的设计为产业化麻山药收获提供了技术支持。