黄茶自动化闷黄装备设计与温湿度控制方法研究

闷黄是黄茶加工中的特有工艺,目前黄茶加工中缺乏专用的连续化、自动化闷黄加工装备。为此,本文设计一种用于黄茶闷黄的专用装备。根据连续化加工需求,设计了闷黄装备的机械结构,核算了装备所需的加热功率和蒸汽流量,并完成了相关部件的选型和样机构建,提出了一种基于区间二型模糊理论的温湿度控制算法。温湿度控制系统试验结果表明,在不同试验条件下,区间二型模糊控制算法能够精准控制温湿度参数,对比一型模糊控制算法,对扰动的抑制能力更强,控制误差更小。生产试验结果表明,温度和相对湿度的均方根误差最大值分别为0.439 1℃和1.226 2%,产品的感官评审结果表明,采用该装备加工的产品符合皖西黄茶的品质要求。

面粉存储智能仓库控制系统设计与试验

为解决扬州某面粉厂年产40万吨小麦面粉储存问题,设计了基于西门子S7 1500 PLC的智能化立体仓库控制系统,该控制系统可以实现小麦面粉全程自动、高效、稳定出入库。面粉存储智能仓库主要分为库东和库西两部分,库西为成品入库和空托盘出库补给面粉码垛区,库东为成品出库、人工拣选和盘点区。仓库控制系统按管理层-控制层-执行层的系统架构设计,分为控制系统硬件设计和控制系统软件设计。系统采用AS-i的现场总线控制方式,通过PLC-网关-AS-i模块实现PLC对设备运行状态和传感器的监控。核心控制器通过TCP/IP通讯协议与仓库控制系统WCS通讯,WCS对PLC下达任务,PLC再控制执行设备动作。通过对控制系统的调试和验证,控制程序运行稳定,WCS与PLC数据通讯稳定。验证表明所设计的控制系统硬件电路功能和控制程序满足设计要求。研究结果可为农产品存储和相关设计研究提供参考。

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75°时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120、150和180 kg/hm~2时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。

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。

软夹轮压式甘薯移栽机设计与试验

针对甘薯裸苗移栽伤苗率与漏苗率偏高问题,根据人工移栽可实现低伤苗率、低漏苗率的特点,设计可模仿人工移栽的压苗轮和软夹供苗装置。通过分析人工移栽轨迹投影,提取其曲率半径,得到压苗轮半径。对压苗齿进行受力分析推导出压苗齿与加强筋尺寸参数。分析软夹供苗装置两软夹间距并确定取值区间。通过多因素试验优化结构参数,得出最佳作业参数为:作业速度0.7 m·s^(-1),甘薯苗裸露长度11 cm,两软夹间距220 mm。软夹供苗式甘薯移栽机整机设计完成后进行验证试验。结果表明,当移栽机保持0.7 m·s^(-1)速度前进时,可实现伤苗率2.11%,漏苗率2.22%,满足甘薯机械移栽要求。该移栽机采用创新式旋转装置移栽,可对甘薯移栽机设计与优化提供参考。

基于生物力学模型的拖拉机离合踏板人机工程设计

针对拖拉机离合踏板人机工程设计不足导致驾驶员容易产生疲劳的问题,该文搭建了驾驶员-离合踏板人机交互特性测试系统,基于试验结果分析了拖拉机驾驶员-离合踏板人机交互特性。在Any Body生物力学软件中建立了拖拉机驾驶员-踏板生物力学模型,并采用表面肌电测试结果验证了仿真模型的合理性。提出下肢关节出力程度为舒适性主观感受评价指标,基于仿真结果定量研究了离合踏板阻力和踏板布局对驾驶员踏板操纵舒适性影响规律和驾驶员人体尺寸对踏板布局的影响,给出不同人体百分位尺寸前提下踏板布局极限尺寸的推荐范围。通过优化踏板连杆长度、连杆夹角以及踏板-座椅布局降低踏板阻力,驾驶员下肢受力最大值从154 N降低到120 N,降低了22%,驾驶员下肢关节出力程度降低了20.98%,本文提出的研究方法及其研究结果可为拖拉机踏板人机工程设计提供参考。

废旧锂离子电池涡流分选模型与影响因素

废旧锂离子电池的涡流分选工艺由于影响参数过多,分选效果并不理想。为探明各参数对分选效果的影响,提高涡流分选法的分离效率,开展废旧磷酸铁锂锂离子电池破碎产物的涡流分选研究。利用COMSOL仿真软件模拟磁辊交变磁场分布,建立产物在交变磁场的受力模型与运动模型,研究磁辊长度、磁极对数、磁辊半径、进料速度、磁辊转速、颗粒尺寸和颗粒形状等因素对分选效果的影响,提出将传送带摩擦因数纳入影响参数之中进行模拟,以指导涡流分选模型的建立。上述因素均会影响颗粒的运动轨迹,减小摩擦因数有利于提高分选效率,颗粒尺寸和形状是主要的影响因素。

基于人机工效学的农机座椅自动调平系统设计与试验

针对拖拉机在高低垄犁地作业过程,驾驶舱倾斜导致驾驶员坐姿变化,影响驾驶员乘坐舒适性的问题,设计了结构紧凑的座椅椅面调平机械装置,并基于单片机开发了调平装置控制器,调平精度为0.67°。为了提高调平过程中驾驶员的乘坐舒适性,搭建了模拟拖拉机座椅倾斜状态试验台,研究了试验台中座椅倾斜不同角度情况下对驾驶员上躯干姿态的影响。试验结果表明人体胸椎和腰椎投影偏移随着座椅倾斜角度的增加而增大,但座椅倾斜3°时投影偏移远小于倾斜5°时投影偏移,由此确定座椅调平系统工作阈值为3°。通过主观评价试验,确定座椅调平的速度为6~8 mm/s时,驾驶员的舒适性较高。在东方红LX754型拖拉机上开展实车试验,结果表明,座椅调平后驾驶员的腰部受力更加均匀、调平系统对于驾驶员的操作性及适应性有促进作用,验证了该系统的实用性。

基于拖拉机动力传动系统参数匹配的仿真与实验

以拖拉机动力传动系统参数匹配技术为研究对象,运用仿真分析方法介入模块化的拖拉机动力传动系统参数匹配设计并进行试验验证。根据目标拖拉机的性能要求,确定相应基本参数,按照动力学原理,对目标拖拉机的变速器、主减速比及柴油机等参数进行设计计算,在Cruise软件中建立目标拖拉机的整车模型,分别对目标拖拉机道路空载行驶(最高车速、最大加速度、原地起步加速、道路滑行特性)和田间匹配深松机作业(原地起步加速)的性能进行了仿真和实验研究。仿真和试验结果表明,Cruise中建立的拖拉机整车模型的性能和相对应的实车拖拉机性能有一定误差,但误差均在合理范围内。该研究大大缩短了拖拉机动力传动系统参数匹配的研究周期。

连续复式茶叶理条机优化设计与试验

针对绿茶加工杀青理条复式工序中,因茶叶理条动力学机理不明而导致成条效果不理想的问题,研究茶叶在连续复式理条机锅槽内茶叶与锅槽连续碰撞规律,建立茶叶在锅槽内滚动、抛撒、碰撞3个阶段的动力学模型,确定连续复式茶叶理条机的成条机理。根据茶叶在锅槽内的运动成形规律,优化斜U形锅槽,并利用Rocky Dem建立热固耦合下茶叶-锅槽相互作用的仿真模型,通过对茶叶平均速度及受力进行分析,确定了锅槽往复运动速率、锅槽挡板角度和锅槽与水平面夹角的最优工作参数。在最优参数确定的基础上,采用三因素三水平正交试验,确定实际工况下的最优参数组合,试验结果表明,当锅槽挡板角度为114.1°、锅槽往复运动速率为190.9 r/min、锅槽与水平面夹角为3.2°时,成条率为85.89%,碎茶率为1.70%,满足理条农艺要求。验证试验表明,在该最优结构与作业参数组合下,成条率、碎茶率分别为84.26%、1.79%,与优化结果相对误差在5%以内,表明优化结果的可靠性与精度。该研究可为茶叶理条成形机理与理条机关键参数优化提供参考。

基于Rocky Dem的宁前胡排种器设计与试验

针对轻质、异形不规则的宁前胡种子存在流动性差、易破损等难题,基于宁前胡的种子物性参数和种植农艺要求,设计了一种马蹄形轮式“条播”排种器。通过充种过程的分析,得知马蹄形型孔可提高种子流动性、减少种子损伤。利用Rocky Dem离散元仿真软件进行单因素试验,由Particles Energy Spectra模块分析种子与排种轮的碰撞能量预测种子破损情况。以排种轮转速和导种槽倾角为试验因素进行二次回归正交旋转组合试验,并利用回归模型进行参数优化。结果表明:当排种轮转速为31.75 r/min、导种槽倾角为31.05°时,排种性能最优,排种均匀性变异系数为11.37%、排量稳定性变异系数为1.02%。通过台架试验验证了不同型孔圆角半径对种子破损情况的变化趋势与仿真试验结果一致,证明了该方法的可行性。马蹄形轮式宁前胡“条播”排种器田间试验与台架试验结果基本一致,能满足宁前胡种植农艺要求。

腔道式水稻排种器漏播检测系统设计与试验

针对腔道式杂交稻精少量穴直播排种器排种时易出现漏播空穴的问题,基于腔道式排种原理,采用组合脉冲方式,设计了腔道光幕扫描式排种漏播检测方法及配套系统,阐述了组合脉冲的构建方法,建立了稻种在腔道检测区运动的动力学模型,明确了腔道检测区的关键结构参数,开展了排种器不同转速、变转速及不同振动工况下漏播检测系统的性能试验。转速适应性试验结果表明,排种器不同转速及变转速下的检测误差不高于0.80%;振动适应性试验结果表明,中高频振动工况对检测系统的检测性能基本无影响,而振幅相对较大的低频振动工况下,检测误差稍有增大,但不高于1.20%。田间试验结果表明,检测系统对播种机不同作业速度的播种工况均具有较好的适应性,检测误差均不高于2.13%。

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题,基于仿生蜂窝状有序多模孔结构,该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理,对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取,并获取模孔网格坐标,构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型,以物料摄取量、挤压力为设计目标,对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用,实现对成型区域内物料的挤压成型,从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2~4 mm的玉米秸秆为物料,物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min,结果表明:在相同转速下,优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%,生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm^(3),抗跌碎性指数为99.4%,样机能耗为40.46 kW·h/t,该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。

导向充填式水稻精量穴播排种器孔-槽组合型孔设计与试验

针对水稻轻简型机械式排种器因稻种无序充填型孔,导致种群精量分离效果不佳,播量精确调节困难等问题,该研究基于稻种在齿盘疏导下的分布姿态规律,设计了一种具有导向充填效果的孔-槽组合型孔。构建了衡量型孔充种区域稻种分布姿态的评价方法,明确了该区域稻种姿态随时间的变化规律,分别确定了适宜于常规稻和杂交稻排种的大、小组合型孔的结构参数。以常规稻黄华占与杂交稻丰两优3948稻种为排种对象,以大、小进种孔宽度和振动频率为试验因素,依次开展了单因素、二因素全因子和品种适应性试验。单因素试验表明,当大进种孔宽度为6.8~7.6 mm、小进种孔宽度为4.6~5.2 mm时,排种器排种常规稻和杂交稻的合格率均大于85%;低频振动是影响排种器排种性能的主要振动工况。全因子试验表明,当大进种孔宽度为7.0 mm、小进种孔宽度为5.0 mm时,排种器的合格率基本不低于90%,并能适应不同的振动工况;品种适应性试验表明,在适宜的进种孔有效长度下,不同尺寸稻种的排种合格率不低于88.80%、漏播率不高于3.60%、破损率不高于0.16%。田间播种试验表明,大组合型孔播种黄华占时,各行合格率不低于89.33%、漏播率不高于1.60%、重播率不高于9.60%、穴径平均值44.64~54.83 mm、穴距平均值133.21~144.67 mm;小组合型孔播种丰两优3948时,合格率不低于85.73%、重播率不高于8.27%、漏播率不高于6.53%、空穴率不高于1.73%,穴径平均值39.88~45.59 mm、穴距平均值200.79~205.56 mm,均满足常规稻和杂交稻大田精量旱穴直播的种植要求。该研究通过组合型孔不同大小进种孔的切换及进种孔有效长度的调整兼用于不同水稻品种不同穴播量的低损精量排种,为水稻可调播量排种器设计提供理论参考依据。

宁前胡仿生挖掘铲设计与试验

针对宁前胡采挖过程中挖掘阻力大的问题,以鲨鱼背鳍为研究对象,并结合农艺要求,设计了一款宁前胡仿生挖掘铲;根据摩尔-库仑理论中土体应力分析,当选用鲨鱼背鳍结构作为仿生铲的凸起结构时,土壤更易达到破裂状态;通过三维扫描仪扫描鲨鱼标本,获取鲨鱼背鳍三维模型,根据背鳍三维模型确定仿生铲的凸起结构,并通过NX12.0创建仿生挖掘铲三维模型;利用三维扫描仪获得宁前胡根茎外形轮廓特征,创建宁前胡根茎的离散元模型,并选用Hertz-Mindlin with JKR建立宁前胡根茎-土壤离散元复合模型;通过离散元仿真对比试验,得出X、Y、Z方向颗粒位移和挖掘阻力的平均值,分析挖掘铲的减阻机理,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小14.37%;通过开展土槽试验,对比根茎挖掘效果,与仿真试验中得出的宁前胡根茎在仿生挖掘铲挖掘后,根茎在X、Y、Z方向上有更好的位移表现,仿生铲和平面铲的挖掘阻力平均值分别为1 342.28、1 622.73 N,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小17.28%,与仿真试验得出的减阻率十分接近,满足宁前胡采挖过程中的减阻要求。

秸秆含量对土壤剪切性能影响的探究

随着我国秸秆还田与免耕技术的推广和应用,土壤中未腐熟秸秆含量明显增加,对各种农机具及机械的触土部件与土壤的接触及剪切性能产生了一定的影响。为此,以开放排水式圆环剪切试验为手段,以水稻秸秆含量为0、40、140、10kg砂质土壤样本为研究对象开展剪切性能试验研究。结果表明:土壤的摩擦角φ、粘附强度C_(ss)及体积密度参数均随着秸秆含量的增加而呈现下降趋势,且在同样接地压力下土壤剪切性能随着土壤中秸秆含量的增加也呈现出下降趋势。

理论力学课堂教学效果调查与改进

课堂教学对于理论力学这样较为系统且需要学生具备一定数理基础的专业基础类理论课程来说,一直被广泛采用且普遍被认为是最为有效的教学方式和教学手段。为提升理论力学教学效果,改善目前存在学生学习意愿、动力不足的问题,该文特在安徽农业大学工学院机械类教学班级中开展以学生视角出发对于课堂教学模式的态度和感受的问卷调查,分析学生对于课程学习过程的看法与理解,试图以此为基础,提出相应的优化教学效果解决方案。调查结果表明,教师需要在课程开始学习前,更加明确地让学生了解本课程的重要性和基础性;课程教学过程中,要进一步提升学生的可参与度,提升学生本身的学习能动性;教学辅助手段上,需要将难点、重点以在线资源的形式,让学生在适宜时长的在线课程中可重复地学习。

光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统研究

针对油菜精量播种作业速度提高导致种子流检测精度下降的问题,设计了一种光纤计数式油菜精量排种器种子流检测系统,由光纤计数式传感器、核心控制模块、降压模块、无线通信模块和网页终端组成。阐述了光纤计数传感器的种子流检测原理,运用质点运动学理论构建了种子与导种管接触运动力学模型,明确了该传感器的响应时间。系统工作时,通过光纤传感器检测下落的种子流对光纤进行遮挡产生的电压信号,通过不同模块对信号进行降压、收集、传输并结合终端进行实时显示与储存。选用华油杂62油菜种子为试验材料,以六度空间振动台为试验平台搭载油菜精量排种器,以振动频率、种盘转速和工作负压为试验因素,各行排种量及各行排量一致性变异系数的相对偏差为评价指标,开展了传感器精度试验、检测系统性能试验及田间试验。试验结果表明:单、双粒检测试验结果相对偏差最大为3.67%;各行排种量的实际值与检测值的相对偏差不超过4.0%;各行排量一致性变异系数的相对偏差不超过1.0%。田间试验表明油菜种子的播种量检测相对偏差不超过8.0%,系统整体误差较小,可为进一步开展油菜精量播种作业质量评价系统研究提供参考。

热能循环式热风滚筒杀青机的设计与仿真

为实现大宗绿茶的大批量机械化生产,解决杀青过程中茶叶红梗焦叶、含水量偏高以及热能利用率低的问题,设计了一款热能循环式热风滚筒杀青机,主要包括传动机构、螺旋输送式双通道喂料斗和杀青筒上部风道结构。利用Fluent软件对杀青滚筒内风的温度场进行仿真模拟对比分析,得出设有进风结构更佳的结论。利用EDEM软件对滚筒转速、茶叶喂入速率和滚筒温度进行单因素的数值模拟仿真分析,以确定机器最佳工作参数区间。在最佳工作参数区间确定后,进行三因素三水平样机试验,并运用Design-Expert数据分析软件得出杀青叶适度率与各因素的回归方程,进行显著性分析和响应面分析。结果表明:各因素间存在交互作用,三因素对杀青叶适度率影响显著程度为滚筒转速>喂入速率>滚筒温度;当滚筒转速为19r/min、茶叶喂入速率为17kg/min、滚筒温度为299℃时,杀青叶适度率为96.32%,杀青叶品质较优,样机验证试验结果与软件分析结果一致。

基于深度度量学习的茶叶相似性评价方法

在眉茶拼配过程中,为了客观定量的评价试拼小样与标准样之间的相似性,该研究提出了一种基于深度度量学习的相似性评价方法,采用7种等级的眉茶标准样作为训练集,并在标准样中加入不同含量半成品茶构建具有不同相似性的测试集。采集茶样的高光谱数据并获取光谱特征与图像特征,分别以光谱数据、图像数据、图谱融合数据3种数据类型作为模型的输入。为了构建距离特征空间,该研究提出了基于三元组损失的深度特征提取网络,并设计了Center Anchor Triplet Loss损失函数,通过样本在特征空间的距离,表征相似程度,达到定性判断相似性和定量度量相似度的目的。结果表明:图谱融合数据结合Center Anchor Triplet Loss的方法精度最高,相似性判断准确率为98.89%,相似度度量准确率为100%。该研究采用未经训练的独立样本评价模型,可以获得较好的结果,说明算法具有较好的泛化能力。研究结果为眉茶的相似性评价提供了理论依据。