基于双螺旋推进的莲藕采收机器人设计

为探求中国农业机械装备在新能源大背景下的清洁绿色、电气化、智能化发展之路,提出一种电气化、高度智能化、可以自动采收莲藕的小型机器设计,能够解决莲藕采收的诸多难题。该莲藕采收机器人针对莲藕的复杂且人工介入困难的自然生长环境,以双螺旋滚筒作为推进结构,采用基于超级电容器的电动莲藕收获机器人复合能量系统,依靠物联网技术和定位技术实现自动规划路径,综合利用了传统的喷流式和铲掘式两种采收方式,设计了喷淋清洗传送装置,能够实现集采挖、涤荡和收集于一体的自动化采收过程。通过实验对比分析,莲藕采收机器人可以有效提高莲藕的采收效率和成品的完整率,大大降低能源消耗,大幅减少人力成本投入,实现节能环保,降本增效的有效统一。

大功率莲藕采收机的研制

提出了一种新型的大功率莲藕采收机,结合了铲掘式和喷流式两种采藕方式,采用特殊定制的底盘加高式履带拖拉机,利用车体前端铲斗配合高压水枪将莲藕与淤泥分离,并通过车体底盘下端输送系统与车体后端收集系统对莲藕进行采集。对莲藕采收机整体的功率消耗类比旋耕机及推土机功耗进行了计算,进行了冲水系统的流量计算及水泵的选型。加工样机在藕田中完成田间试验,结果表明:最大行进速度3m/min,挖掘幅宽大于2.2m,平均工作效率396m^2/h,远大于人工采藕效率,且工作稳定,性能优良,可有效对40cm以下水深的浅水藕塘进行莲藕挖掘。

水田环境下自走式智能莲藕采收机械的设计研究

莲藕易种难收,目前仍以人力采收为主,存在采收破损率高、效率低等问题。文章结合莲藕实际生长情况与莲藕收获技术的农艺要求,基于莲藕收获技术与装备的研究趋势,设计研发一种水田自走式莲藕采收智能机械。该机械可实现在水田泥沼环境中行进以及视觉智能识别,具备水田工作环境推进自走、冲刷莲藕附着泥土及自动化采收等功能。该设计的各机构运行合理且无干涉,可为农业机械向无人化、自动化、智能化发展提供思路。

莲藕主藕体弯曲破坏离散元仿真分析

以鄂莲5号为试验对象,采用单轴压缩试验获取其主藕体弹性模量、剪切模量和泊松比等本征参数,通过摩擦、碰撞试验获取莲藕间及其与钢之间的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数等接触参数。采用Geomagic studio 3D以及Solidworks软件对莲藕主藕体进行三维建模;利用EDEM仿真软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型,建立莲藕主藕体离散元模型。以莲藕主藕体弯曲破坏结果为对照,以法向粘结刚度、切向粘结刚度、法向临界应力、切向临界应力为影响因素,开展主藕体弯曲破坏离散元单因素和二因子模拟试验。试验结果显示,法向粘结刚度、切向粘结刚度对第一弯曲破坏发生时位移值以及第一峰值影响显著,法向临界应力、切向临界应力影响不显著;在法向临界应力为3.80 MPa、切向临界应力为3.12 MPa时,采用最速下降法分析确定主藕体法向粘结、切向粘结刚度最优解分别为5.814×10^(8)、3.450×10^(8)N/m^(3),据此获得主藕体第一弯曲破坏仿真峰值和位移值分别为269.72 N、7.14 mm,仿真结果相对实测结果误差分别为2.56%、2.00%。

基于EDEM-Fluent耦合仿真的射流式挖藕机设计与优化

为解决大面积的浅水藕田地区的莲藕采收机执行部件高压喷头的个数较多,容易出现各喷头间流速差过大的现象,导致莲藕采收率的下降和莲藕品质的参差不齐的问题,对莲藕采收机射流系统执行部件进行优化。喷头作为执行机构的重要组件,其射流的稳定性对莲藕采收的效率以及冲刷效果有着重大的影响。为揭示高压喷头的连接工艺和喷头形状、口径对射流稳定性的影响,基于EDEM-Fluent软件对内部流场进行环境建模以及对执行部件的喷头进行耦合仿真模拟。试验发现:改变喷头的形状增加倒角,调整各喷头出水口直径到恰当的差值对喷头出水稳定性有明显的改观,流速波动标准差由0.164 m/s改变为0.020 m/s;平均挖掘深度由33.50 cm改变为36.07 cm,挖掘深度标准差由1.71 cm改为0.69 cm。