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。

胡麻田间栽培配套多功能锄地装置杂草防除效果

草害是影响胡麻产量和品质的重要因素之一,机械除草是控制胡麻田间杂草的有效方法之一,以集中耕作、除草、施肥于一体的新型锄地装置在胡麻苗期对田间杂草进行防除,对除草和未除草田块杂草种类、杂草危害程度、防除效果以及对胡麻产量的影响进行抽样调查。结果表明,未用多功能锄地装置除草胡麻田间杂草种类有21种,隶属于10科18属,使用多功能锄地装置除草胡麻田间杂草种类19种,隶属于11科16属,田间危害程度较高的优势杂草主要为反枝苋、野糜子、稗、藜。使用多功能锄地装置除草总株防效为73.96%,优势杂草平均鲜重防效为78.73%,产量提高129.27%。综合分析,新型锄地装置对胡麻田间杂草具有一定的防控效果,可为机械除草在田间杂草防控应用发展提供一定的参考。

玉米除草装置的设计与试验

针对玉米田间机械除杂草问题,研究设计了一种新型的指轮式玉米除草装置,同时去除玉米行间和株间杂草。该装置配置有株间及行间杂草分离组件,能对株间和行间杂草及土壤进行同步剪切和翻耕操作,协同除草部件完成除草作业,确保了作业的高效性。田间试验结果表明,当机具作业速度控制在1.8m/s时除草效果最好,除草率平均在90%左右,且伤苗率仅为3.8%。

智能除草机器人研究现状与展望

杂草控制是农业生产中必然面临的重要问题,随着机器人技术、自动化技术融入农业生产,各类除草机器人应运而生,有效地减少了化学药剂对环境的污染。本文综述了除草机器人的智能感知技术、机器人平台和除草装置3个部分的研究现状,分析了作物行与杂草识别技术、除草机器人平台结构和机械除草装置智能化控制方式等存在的不足,并从智能化感知、精准化除草、高效化作业和智慧化管理等4个方面对智能除草机器人的未来发展趋势进行了展望。

水稻插秧机的复合作业探索

水稻插秧及病虫害防治是水稻生长的重要作业工序之一。近年来,由于水稻插秧秧苗素质差、封行迟、返青期长等因素,会加剧稻田杂草的发生,另一方面,随着农业发展“农药减量增效”的要求及除草剂品种单一等因素,进一步增加了水稻病虫害发生率,防控难度增加。针对以上问题,提出插喷同步除草一体化技术,在水稻插秧机加装机械化除草设备,基于自主研发的油悬除草剂,采用雾化喷施封闭技术,实现水稻田间精准施药。选取传统除草药剂及水稻单项插秧及除草作业为对照试验进行对比,试验结果表明,提出的水稻插秧机复合作业模式可以提高水稻生长性状及水稻产量,提高田间除草率及降低伤苗率,研究结果对于推动水稻插秧机复合作业模式提供理论参考及推广依据。

八爪式株间机械除草装置虚拟设计与运动仿真

设计了一种适合作物株间作业的八爪式机械除草装置,采用Pro/E进行了虚拟样机设计,建立了除草装置的装配模型,利用ADAMS软件对该装置进行运动学仿真,得出在不同速比下的除草铲齿运动轨迹,通过计算得到除草铲齿与土壤接触部分的面积,并对每个铲齿的覆盖区域以及相邻铲齿覆盖的重合区域进行分析,确定的合理速比为λ=0.754,优化了装置的结构和运动参数。

基于LabVIEW的八爪式机械株间除草装置控制系统

基于LabVIEW设计了八爪式机械株间除草装置的控制系统,采用除草铲齿与作物之间的距离作为阈值实现株间除草控制,对八爪株间除草装置控制进行了试验验证。通过对试验数据的分析,得到八爪除草装置在控制系统的作用下能够满足株间除草和绕苗的要求,使平均株距在30cm以上的作物的伤苗率控制在10%以内,株间间隙覆盖率达到50%以上,并得出伤苗原因与台车位移误差、电磁装置吸合时间、铲齿初始位置有关。

水稻苗间除草装置工作机理分析

为了满足绿色环保大米生产需要,设计了一种水稻中耕苗间除草装置。对总体结构、关键部件的设计及工作原理进行了分析。选择秧苗插秧后第7d进行除草试验,秧苗行距为30cm,株距为14～16cm。采用二次旋转正交试验方法,利用Design-Expert软件进行数据处理与分析,获得了弹齿式苗间除草盘转速、机器前进速度、除草深度之间交互作用对除草率及伤秧率的影响。得到影响除草作业质量的指标主次因素和各因素的显著性水平。根据田间试验结果,插秧7d时除草装置的较优工作参数为:除草盘转速186r/min,机器前进速度为0.47m/s,除草深度为37mm,此时伤秧率为3.9%,除草率为75%。研究结果为整机的设计提供了可靠依据。

曲面轮齿斜置式稻田行间除草装置设计与试验

针对东北地区稻田行间除草装置存在除草率低、易伤苗等问题,设计一种曲面轮齿斜置式稻田行间除草装置。通过对除草轮作业时轮齿入土压埋过程和出土脱附过程进行力学分析,建立了土壤颗粒在除草轮齿上的相应力学模型,研究了轮齿结构对作业性能的影响;通过理论分析确定了影响除草性能的除草轮主要结构参数和各参数的取值范围,并设计了单铰链结构仿形机构。基于显式动力学LS-DYNA仿真技术建立了除草轮与水-土壤流固耦合模型,通过正交旋转虚拟试验获得曲面轮齿除草轮的最优结构参数组合,并通过田间对比试验验证了该装置的作业性能。结果表明:曲面结构轮齿除草轮的杂草压埋效果和脱土效果均优于直面结构轮齿的除草轮,影响该装置作业性能的主要结构参数为除草轮曲率半径和偏心距;通过仿真试验得到最优参数组合为曲率半径65.86 mm、偏心距113.27 mm。田间试验表明,在轮齿曲率半径为66 mm、偏心距为113 mm最优参数组合下,该装置平均除草率和平均伤苗率分别为89.66%和2.1%,作业性能稳定,满足稻田机械除草作业农艺和技术要求。

水田株间立式除草装置除草机理与试验研究

为提高水田机械除草作业质量,以株间立式除草装置为研究载体,阐述主要结构及工作原理,分析压埋式除草机理,建立除草运动学与动力学模型。为提高除草部件作业性能,确定最佳工作参数,以除草弹齿旋转速度、机具前进速度及弹齿入土深度为试验因素,株间除草率及伤苗率为试验指标进行二次回归正交旋转组合设计试验,分析不同工作参数下除草性能规律,运用Design-Expert 6.0.10软件处理试验数据,建立因素与指标间数学模型以进一步优化。结果表明,除草弹齿旋转速度69.3 r·min^(-1),机具前进速度0.44 m·s^(-1),弹齿入土深度38 mm时,机具除草性能质量最优,除草率81.5%,伤苗率4.6%,满足机械除草农艺要求。

弧齿往复式稻田株间自动避苗除草装置设计与试验

针对现有稻田株间除草漏除率大、除草率低和除草装置因无法确定秧苗位置而导致伤苗率高等问题,基于除草执行部件往复式开合运动思想,设计了一种用于去除稻田中耕期株间杂草的弧齿式自动避苗除草装置。根据中耕除草期稻株生长状态,通过理论分析设计了对置株间除草齿,并确定了除草弧齿的主要结构参数。利用光电传感器和电动直线推杆的协同作用,设计了自动避苗控制系统,当该装置执行避苗除草作业时,系统根据前进速度控制除草弧齿张开一定间距,以躲避秧苗。基于显式动力学仿真软件LS-DYNA进行了虚拟试验,以地表下0~40 mm内土壤扰动率为试验指标,当除草齿入土深度为32 mm时,土壤扰动率达到最大值,为90.02%。通过田间试验验证了该株间除草装置和自动避苗控制系统的作业性能,在前进速度为0.5~0.9 m/s时,该装置平均除草率为86.51%、平均伤苗率为0.20%,除草和避苗作业性能稳定,可满足稻田除草农艺要求和株间“避苗除草”作业要求。

水田株间立式除草装置的设计

机械除草是解决除草剂大量使用而造成环境严重污染、杂草抗药性增强等危害的最佳方法。针对株间杂草难以控制的问题,设计了一种水田株间立式除草装置,并对其结构及工作原理进行了阐述。运用Pro/E软件建立了三维模型,并通过ADAMS软件对株间立式除草刀盘进行运动学仿真,获得株间立式除草弹齿的除草轨迹。对仿真结果进行分析,得出了最佳速比为1.65、齿数k=8时最接近各参数要求的结论,为水田除草机整机关键部件的研制提供了理论依据。

基于MSRCRYOLOv4tiny的田间玉米杂草检测模型

为实现田间环境下对玉米苗和杂草的高精度实时检测,本文提出一种融合带色彩恢复的多尺度视网膜(Multi-scale retinex with color restoration,MSRCR)增强算法的改进YOLOv4tiny模型。首先,针对田间环境的图像特点采用MSRCR算法进行图像特征增强预处理,提高图像的对比度和细节质量;然后使用Mosaic在线数据增强方式,丰富目标检测背景,提高训练效率和小目标的检测精度;最后对YOLOv4tiny模型使用K-means++聚类算法进行先验框聚类分析和通道剪枝处理。改进和简化后的模型总参数量降低了45.3%,模型占用内存减少了45.8%,平均精度均值(Mean average precision,mAP)提高了2.5个百分点,在Jetson Nano嵌入式平台上平均检测帧耗时减少了22.4%。本文提出的PruneYOLOv4tiny模型与Faster RCNN、YOLOv3tiny、YOLOv43种常用的目标检测模型进行比较,结果表明:PruneYOLOv4tiny的mAP为96.6%,分别比Faster RCNN和YOLOv3tiny高22.1个百分点和3.6个百分点,比YOLOv4低1.2个百分点;模型占用内存为12.2 MB,是Faster RCNN的3.4%,YOLOv3tiny的36.9%,YOLOv4的5%;在Jetson Nano嵌入式平台上平均检测帧耗时为131 ms,分别是YOLOv3tiny和YOLOv4模型的32.1%和7.6%。可知本文提出的优化方法在模型占用内存、检测耗时和检测精度等方面优于其他常用目标检测算法,能够为硬件资源有限的田间精准除草的系统提供可行的实时杂草识别方法。

水田除草关键部件扭矩测试试验研究

苗间除草装置是水田除草机的核心部件,其工作时的功率消耗为该机具总功消耗的主要部分。利用自制扭矩传感器测取除草机工作过程中除草刀轴上产生的扭矩。选取影响除草机功率消耗的刀盘转速、机具前进速度、除草作业深度三因素为试验因子,采用二次正交旋转设计方法进行试验研究。运用minitab15.1软件处理扭矩测试结果,根据田间试验分析,得出苗间除草刀在最佳工作状况下产生的扭矩值,该数值可为机具关键部件可靠性分析和寿命估算等提供重要的理论参考。

精确喷施除草装置设计

精确喷施技术将有利于缓解高投入和高产出的集约农林业所引起的环境问题,可以降低生产成本。农药精确喷施技术的提出,满足农林生产建设和保护环境的双重要求,以达到最佳防治效果。为此,对精确喷施除草装置进行了设计,选择合适的泵、流量传感器、电磁阀和喷头等部件来构建喷施系统。该装置主机组悬挂在汽车上,利用汽车输出的动力通过万向节轴传动经变速箱增速后直接驱动液泵,由液泵输出一定压力的液流,经过滤器到分配阀,再经喷雾胶管至喷头进行作业。精确喷施除草系统的开发成功,可以使农业机械在作业过程中自主行走,大大提高农业机械的自动化程度,减少操作人员的操作时间和减轻劳动强度。

立式旋转智能株间机械除草装置设计与试验

为满足玉米苗株间机械除草作业需求,设计了一种基于立式旋转机构的智能株间机械除草装置.对除草装置的总体结构和避苗除草原理进行了阐述,通过理论分析和EDEM仿真试验,对除草装置的关键部件进行参数设计,并对除草刀的土壤铲切性能进行仿真评估.以作业速度、除草刀角度和入土深度为试验因素,以除草率和伤苗率为评估指标进行正交试验.结果表明:各因素对指标影响的主次顺序依次为作业速度、入土深度和除草刀角度;最优水平组合为作业速度0.5 m·s-1,入土深度50 mm,除草刀角度60°;以最优水平组合进行田间除草试验,平均除草率为89.57%,平均伤苗率为4.54%.

作物苗后喷施除草剂遮挡装置研制与应用

为有效解决杂草对作物产量的影响,降低除草成本,提升作物苗后行间除草技术,提出了宽行距种植作物苗后行间喷施除草剂遮挡装置的指导思想,研制出的宽行距种植作物苗后行间喷施除草剂遮挡装置,主要包括支架、底座构件和遮挡构件3部分。该装置可满足不同作物不同种植行距的农艺技术需求,可与不同大小的常规电动喷雾器配套使用,经多种作物应用伤苗率约2%~3%,可较传统人工苗后除草功效提高5~7倍,且具有灵活轻便及生产和作业成本低等特点。该装置的研制与开发拓宽了灭生性杂草的应用范围,对减轻农田杂草危害、降低除草成本、提高经济效益提供了技术支撑。

高效型水田行-株间同步机械除草装置设计与试验

为了有效去除水稻行间、株间杂草,提高机械除草的作业效率,研制了一种高效型水田行-株间同步机械除草装置。该装置与水田插秧机底盘配套,分别配备株间和行间除草部件,可同时对株间、行间杂草及土壤进行剪切、翻耕,并采用二级仿形机构配合除草部件完成作业。田间试验结果表明:影响除草率和伤苗率的主次顺序均为前进速度>除草轮类型;随着机具前进速度增加,除草率和伤苗率均先降后升。综合试验结果表明:伞状除草轮(A)平均除草率最高,在0.7m/s和1.0m/s前进速度下,株间平均除草率为74.6%,整机平均除草率为83.6%,平均伤苗率为1.6%,符合水稻田机械除草作业的技术指标。

果园株间除草自动避障装置的设计与试验

针对果园经济作物种植模式存在的果园行间和株间中耕除草劳动强度大、株间杂草清除困难、需进行人工二次补耕等问题,设计了一种株间自动避障除草装置。研究了避障装置的耕作要求,结合果园株间除草自动避障装置的工作原理,设计了整机的结构,并对液压控制系统进行了理论分析与设计,最终确定了果园株间除草自动避障装置的设计方案。试验结果表明:果园株间自动避障装置在正常作业速度3.5km/h下,碎土率为93.68%,耕作深度为14.64cm,株间漏耕率4.12%,避障通过率为100%,满足了设计要求,提高了果园机械作业效率。

田间除草机械刀具关键技术与装置分析

田间除草机械装置既能够解决化学除草的污染问题,又能够提升农业生产的效率,是农业机械化、现代化和生态化的必然发展趋势。文章结合国内外最新技术发展的趋势,根据我国田间管理的现状,对于田间机械除草刀具关键技术与装置进行了研究。