基于现代工业设计理念的农机装备创新设计方法分析及应用

随着国家乡村振兴战略实施和制造业的快速发展,市场和用户都对农机装备设计提出更高的要求。通过引入现代工业设计理念的创新方法,对满足特色农机装备市场需求和农机装备的创新设计有着重要作用。文章从概念、仿生、绿色和人机四个不同视角来分析和研究农机装备的创新设计方法,并以超级拖拉机Ⅰ号为例论证了现代工业设计理念在农机装备创新设计中的应用。

AGV在农机装配生产中的应用

随着现代制造业智能化、自动化和柔性化的发展,AGV在制造业中的应用得到了迅速发展和普及。AGV不仅能实现搬运工作的自动化,还可以在组装或柔性加工系统中作为移动工作台使用,从而实现灵活、高效、经济的生产。近年来,我国大力推进农业机械化和智能化发展,农机产品的研发和投产速度明显加快,农机行业进入新的发展时期。农机行业的快速发展对农机生产线提出了更高的要求。结合AGV在制造行业中的应用经验和农机装配生产线发展趋势,对AGV在农机装配生产中的应用进行分析。

基于北斗导航技术的农机作业数据监测终端产品应用研究

为促进以北斗导航技术为基础的农机作业监测终端产品推广应用水平不断提升,以国内8款主流作业监测终端产品为对象,以静态CEP50/95、断点续传、静态作业深度/状态检测及动态作业等项目进行大田应用试验。试验结果表明,BYT-4GS1型终端静态CEP试验精度最高,CEP50为0.111、CEP95为0.13;旋耕机静态深度试验ZNSS-3、XXDZ-002-2015型终端与实际差距最小,为0.3 cm;收获机静态试验XXDZ-002-2015型、YBYT-4GS1型终端与实际差距最小,为0.1cm;旋耕机动态试验全志A40型终端轨迹偏移量最低,为0.803m;收获机作业试验YBYT-4GS1型轨迹偏移量最低,为0.566m;旋耕机作业面积FJD4BD-97M4型终端差距最低,为1.5%;收获机作业面积YBYT-4GS1型终端差距最低,为1.05%。在应用推广中,试验结果对不同使用场景选择终端设备提供了依据,为传统农机的智能化、信息化发展提供了数据支持。

无人作业农机国产化智能网联终端的研究

随着国内人力资源成本的逐年攀升,各大农机厂商和科研院所纷纷开始投入无人作业农机的研发中,农机无人作业的核心在于对农机作业现场信息的智能化和网联化处理,因此,开发有自主知识产权的国产化智能网联终端对于农机无人作业显得尤为重要。据此,针对农机无人作业的特殊要求,提出了一种能够实现对本地数据和网联数据融合处理的智能网联终端,同时,由于近年来国外日益严重的技术封锁,设计了终端的软硬件国产化方案。

基于无框玻璃门的联合收获机驾驶室设计

驾驶室设计的合理性直接影响驾驶员操纵的舒适性、安全性及作业效率。针对现有联合收获机存在的视野不够开阔、密封性差、加工精度低、加工成本高、噪声超标及驾乘人员体验不好等问题,提出一种无框玻璃门的驾驶室结构,通过对驾驶室骨架焊合加工方法、玻璃门布置方式等的改进,设计了一款具有高视野可及性、低成本、高精度等优点的中高端驾驶室。其满足了目前市场上对联合收获机驾驶室密封性、视野及室内环境舒适等方面的迫切需求,为产品获取完美的顾客满意度,树立良好的产品品质口碑奠定基础。

基于离散元法的外槽轮排肥器排肥性能研究

为提高播种机变量施肥的排肥性能,基于离散元法对外槽轮排肥器的排肥性能进行研究。首先,通过肥料标定试验确定离散元物料仿真参数;然后,基于Isight软件的优化模块设计试验,以外槽轮的工作长度、转速为因素,以排肥均匀性变异系数为响应设计试验,得到排肥器排肥均匀性变异系数的二阶回归方程,根据所得回归方程分析在特定肥量范围内,外槽轮的工作长度及转速组合对施肥稳定性的影响。针对300 kg·hm^(-2)的施肥量,以外槽轮流量方程为约束条件进行寻优求解,得到外槽轮排肥器排肥参数的最佳组合为槽轮工作长度60 mm,转速30 r·min^(-1)。采用最佳排肥参数组合进行排肥仿真试验,得到排肥均匀性变异系数为11.7%,符合施肥要求。研究结果为2BMJ系列免耕精量播种机排肥器工作中的参数调配提供参考。

拖拉机剪式座椅悬架系统特征参数分析与最优组合研究

剪式座椅悬架系统特征参数分析与最优组合是研究和提升拖拉机座椅减振性能的关键,文中提出仿真试验设计采样与试验数据方差分析相结合的方法筛选出最优减振性能的特征参数组合。通过力学分析推导座椅悬架运动微分方程,构建驾驶员-座椅悬架单自由度简化模型,理论计算出座椅弹簧刚度和阻尼器阻尼取值范围,分析拖拉机剪式座椅悬架系统的主要性能参数及特征参数对座椅减振性能的影响。以弹簧刚度和阻尼器阻尼为控制变量,以座椅悬架上平面加速度和位移为优化目标。采用优化拉丁超立方方法进行试验设计抽样,在ADAMS中对抽样样本进行仿真,结合SPSS软件对仿真数据进行方差分析并筛选最优特征参数组合。结果表明:优化后座椅悬架上平面加速度和位移振动性能响应指标分别提升30.43%,2.31%。本研究提升了拖拉机剪式座椅减振性能,为座椅悬架系统优化设计提供了参考。

基于实际作业工况的拖拉机能效评价

为深入了解拖拉机实际作业的能效情况,该研究提出基于实际作业工况的拖拉机能效评价方法,对拖拉机整体能效进行全面度量。基于距离最短分区原理,通过K-means聚类与成对比较矩阵方法进行拖拉机发动机常用工况点提取;通过对186台162 kW的拖拉机能效分析,提出拖拉机能效等级划分标准,确定能效限值和各级能效比限值,并对不同作业环节的平均能效进行分析。研究结果显示:拖拉机发动机实际8工况点和ISO稳态8工况点区别较大;不同拖拉机能效差异较大,50%的拖拉机能效值分布在3.20~3.65 (kW·h)/kg区间;162 kW拖拉机实际能效合格限值为3.07 (kW·h)/kg;拖拉机不同作业环节的平均能效值差异大,旋耕作业的平均能效值最高,行走模式最低。研究结果可为发动机节能减排技术升级提供数据基础,也可为农机节能考核、与绿色化作业水平挂钩的应用补贴方法研究等提供参考。

基于Swin Transformer模型的玉米生长期分类

快速准确识别玉米生长的不同阶段,对于玉米种植周期的高效精准管理具有重要意义。针对大田环境下玉米生长阶段分类辨识易受复杂背景、户外光照等因素影响的问题,该研究采用无人机获取玉米不同生长阶段的图像信息,以苗期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期4个生长阶段为对象,利用Swin Transformer(Swin-T)模型引入迁移学习实现玉米不同生长阶段的快速识别。首先结合玉米垄面走向特性,将训练集旋转8次用以扩充数据集;为探究各模型在非清晰数据集上的表现,采用高斯模糊方法将测试集转换6次;最后以AlexNet,VGG16,GoogLeNet做为对比,评估Swin-T模型性能。试验结果表明,Swin-T模型在原始测试集的总体准确率为98.7%,相比于AlexNet,VGG16,GoogLeNet模型分别高出6.9、2.7和2.0个百分点;在错误分类中,大喇叭口期和小喇叭口期由于冠层特征相似,造成识别错误的概率最大;在非清晰数据集下,AlexNet,VGG16,GoogLeNet模型精度总体退化指数分别为12.4%、10.4%和15.0%,Swin-T模型总体退化指数为8.31%,并且退化均衡度、平均退化指数、最大退化准确率均表现最佳。研究结果表明:在分类精度、模糊图像输入等方面,Swin-T模型能够较好地满足实际生产中玉米不同生长阶段分类识别的需求,可为玉米生长阶段的智能化监测提供技术支撑。

我国农业机械行业发展综述

农业机械是农业生产发展的重要物质基础,我国农业生产已从主要依靠人力畜力转向主要依靠机械动力的新阶段,成为农机制造和使用大国,但还不是农机强国,在很多方面与世界先进水平还有不少差距。介绍了我国农业机械行业的发展成就、存在的问题,从政策扶持、创新机制、示范应用方面提出了发展建议。

共溅射犁铧材料多层涂层力学性能研究

犁铧失效导致的农业机械浪费巨大,原有的防护涂层局限于单纯硬化,对犁铧力学性能改善有限。采用磁控溅射技术进行制备CrN/ZrN多层涂层,调制周期分别为1、2、4、6。用X射线衍射(XRD)等设备表征不同调制周期的CrN/ZrN多层涂层的表面形貌和物相结构,探究调制周期对涂层物相结构以及力学性能的影响。结果表明:磁控溅射法制备的CrN/ZrN多层涂层表面平整,结构较为致密;CrN和ZrN可能均以非晶形态存在于涂层中,涂层中Cr(110)晶面的晶粒尺寸分别为8.6 nm、9.4 nm、10.1 nm、14.1 nm。当CrN/ZrN多层涂层的调制周期为1时,H、E、H/E和H^(3)/E^(2)均到达最大值,涂层具有较为优异的力学性能。当调制周期为2时,涂层的弹性恢复系数达最大值27.636%;涂层调制周期改变对涂层整体摩擦系数并无明显影响,四组样品摩擦系数都在0.7~0.9范围内波动。

基于MGWR的滨海区土壤盐渍化分布空间预测及影响因素分析

定量分析土壤盐渍化影响因素的空间非平稳性特征,预测其空间分布,对于合理利用滨海盐渍土资源和制定局部针对性防控措施具有重要意义.以山东省东营市河口区为研究区,通过经典统计学方法对土壤盐渍化状况进行描述性统计分析;利用空间自相关理论探讨研究区土壤盐渍化全局与局部空间结构特征;选取与土壤盐渍化相关的影响因素,采用多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)和多尺度地理加权回归(MGWR)方法对研究区土壤盐渍化空间分布进行建模预测,分析不同影响因素与土壤盐渍化的空间非平稳性特征.结果表明:(1)研究区土壤含盐量均值为5.84 g·kg^(-1),整体表现为重度盐渍化,全局Moran's I指数为0.19 (P<0.00),空间聚集特征明显;(2) 3种模型中,MGWR模型建模精度最高.与MLR模型相比,GWR和MGWR的Radj2分别提高了0.05和0.07,RSS分别减少210.13和179.95;(3) MGWR回归结果表明,从不同影响因素标准化回归系数均值看,表层土壤盐渍化空间分布主要受中层土壤含盐量、黏粒含量和植被覆盖度影响.不同影响因素对土壤盐渍化的空间非平稳性特征较为显著;(4) MGWR土壤盐渍化空间分布预测结果表明,土壤含盐量高值区域(≥6 g·kg^(-1))主要分布于研究区北部,空间上整体呈现从沿海向内陆降低的趋势.研究结果可为县区及更大范围利用MGWR开展土壤盐渍化影响因素分析与预测制图提供参考.

环渤海山东区耕地NPP时空变化特征及其驱动因子探测

环渤海平原区是中国重要的粮食产区、耕地资源生产潜力大但影响因素多,摸清该地区耕地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征及其驱动因子,对于改善区域耕地生产条件、挖掘和提升耕地生产能力、保障国家粮食安全具有重要意义.采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和Hurst指数等方法探讨区域耕地NPP时空变化特征及其稳定性和持续性;借助参数最优地理探测器模型,分析驱动因素对耕地NPP空间异质性的影响.结果表明:①2001~2019年,受工业化和城镇化过程中建设用地扩张影响,环渤海山东区耕地数量累计减少2004.51 km^(2);②研究时段内,年均耕地NPP呈波动增加趋势,在空间分布上耕地NPP呈现以东营区为界,北部明显低于南部的空间分异性;③耕地NPP呈增加趋势的面积占耕地总面积88.06%,以较低波动与中等波动为主,未来全区域耕地NPP将保持整体持续增加趋势;④年均相对湿度对研究区耕地NPP空间分异解释力最强,q值为0.26;其次为表层土壤含盐量、底层土壤含盐量,q值均大于0.2.不同驱动因子间的交互作用均表现为非线性增强或双因子增强.研究结果有助于揭示环渤海地区耕地产能变化特征及其驱动力,亦可为该区域生态保护与可持续发展提供理论依据.