整列定位夹切组合式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对目前马铃薯种薯切块机存在切种质量差和自动化程度低等问题,基于切种农艺与农机相融合的设计思想,设计了一种马铃薯种薯自动切块装置。通过整列定位输送机构完成种薯排列输送定位,经夹持取料机构和切刀机构组合作用下完成种薯切块过程,整机由PLC控制切块动作工序,实现了切种流程的自动化。结合典型种薯几何尺寸参数,完成马铃薯种薯切块装置的关键结构设计,对种薯切块作业过程进行理论分析,明晰影响种薯切块效果的主要因素和各因素的取值范围。以切种合格率、切种盲眼率为评价指标,以圆台辊组中心距、链条输送速度、V形刀具夹角为试验因素,进行三因素三水平响应面试验,通过Design-Expert 12.0.3软件对试验结果进行方差分析和交互作用分析,利用软件优化模块确定试验最优参数组合。在最优参数组合条件下进行种薯切块试验验证,验证结果表明：当圆台辊组中心距为101.60 mm、链条输送速度为0.019 m/s、V形刀具夹角为49.50°时,切种合格率为97.56%,切种盲眼率为1.27%,与优化值相对误差小于5%,表明优化后最优参数组合可靠性高,可以满足种薯切块要求。     

纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对马铃薯种薯切块机械化程度低的问题,设计了一种纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置,对其关键部件进行设计,通过对马铃薯种薯切割过程的力学分析、运动学分析和能量学分析,建立了切种能量的数学模型,确定了影响马铃薯切种效果的主要因素。以切种效率、切种合格率为评价指标,以圆盘刀半径、输送辊与圆盘刀垂直中心距、圆盘刀轴转速和夹持辊轴转速为试验因素,进行了四因素四水平正交试验。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:当圆盘刀半径为180 mm、输送辊与圆盘刀垂直中心距为190 mm、圆盘刀轴转速为115 r/min、夹持辊轴转速为56 r/min时,切种效率为74.5 kg/min,切种合格率为98.8%,满足马铃薯切种作业要求。     

水射流切割专利技术发展

水射流切割技术作为一种"冷"切割工艺,具有切割时无热变形,切口光滑无毛刺,切割精度高的优点,其适用于各种材料的切割加工,有"万能切割机"之誉,另外,水射流切割技术加工过程不会产生污染环境的废物,水可以循环利用,属于环境友好型技术。本文对水射流切割专利技术进行分析,阐述了水射流切割技术领域专利申请发展趋势,并追踪了水射流切割整体发展路线。     

基于人工神经网络的磨料水射流切割速度模型

磨料水射流切割的断面质量限制了,其应用。由于高速固液两相流本身的复杂性,很难建立一个有效的理论模型。基于人工神经网络理论,结合典型材料切割质量的实验结果,建立了磨料水射流切割速度的数值预测模型,给定切割工件、射流压力和切割质量后,该模型能快速、准确、可靠地预测切割速度。     

切割方式与切割阻力的理论研究

介绍了割刀切入茎秆的方向与其切割阻力和功率消耗的关系,从力学试验结果和运动几何分析两个方面说明滑切比正切省力,分析了3种切割方式切割阻力差异,确定了切割方式和切割阻力的相互关系,找到了滑切省力的原因,为以后设计各种各样的切割刀具提供了理论基础和指导方向.     

智能甘蔗预切种工作站结构设计与切种精度分析

为提升甘蔗预切种种植的机械化程度,提高甘蔗预切种效率,降低蔗芽损失率,减少人工劳动强度,自主设计开发集甘蔗输送、蔗节智能识别、多刀协同切种等流程于一体的智能甘蔗预切种工作站,实现甘蔗自动协同切种工作。介绍智能甘蔗预切种工作站的输送系统、蔗节识别以及多刀数控协同切种等关键部件的结构设计及工作原理,重点对输送速度和黑箱照度对识别精度的影响,以及多刀切割工作台的定位精度等进行综合的分析。对拍照黑箱的识别精度试验研究表明,甘蔗横向传送速度和光照平均照度对蔗节识别精度具有显著影响,当甘蔗传送速度为0.1 m/s,光照平均照度为430.7 Lux时,识别精度较好,蔗节识别误差小于1.7 mm。通过对切种平台的定位精度试验分析,试验表明:6个移动切种工作台的横向直线移动运动的定位精度误差小于1.5 mm,重复定位误差为±0.2 mm;切种精度的综合误差小于3.4 mm,蔗节的相对综合误差小于5.67%,达到设计的预期目标,实现甘蔗智能横向多刀切种的功能。     

苹果树枝锯切过程动力学仿真分析与试验

修枝是苹果树管理的重要内容,而修剪质量对树木的旺盛生长及果实高质量的产出极为关键,计算机仿真技术对刀具锯切过程的深入研究与理解具有现实意义。基于ANSYS/LS—DYNA/WORKBENCH对圆锯片锯切苹果枝条的过程进行有限元模拟仿真,揭示锯切速度、工进速度、枝条直径、枝条湿度的变化对切口质量的影响规律,并对优化的目标参数的锯切过程实施刀具的应力—应变、模态以及疲劳分析,仿真结果显示与果树修枝实际作业情况基本吻合。     

振动式果树根系断切装置设计与试验

针对矮砧密植果园根系管控中根土复合体阻力过大，果树根系断切作业不理想等问题，设计一种振动式果树根系断切装置。对切割装置受力模型分析可知，影响阻力的因素主要有锯齿弯刀参数、根土复合体参数、根土复合体与锯齿弯刀参数及作业方式参数。对振动式果树根系断切装置切割装置进行设计与分析，应用有限元仿真软件对切割装置进行切割根土复合体模拟分析，切割装置振动状态下平均切削受力为236.97N，不振动状态下平均切削受力为432.35N，达到振动减阻目的。切割装置土槽试验表明，振动状态下所受水平合力均值均小于不振动状态下所受水平合力均值225.34N，振动状态下切割根土复合体作业效果良好，对根系以及土壤起到锯切效果，减小切削阻力。通过振动状态下切割装置切割根土复合体正交试验分析可知：最优作业参数为偏心距20mm，转速3r/s，土槽作业平台前进速度0.2m/s；土壤扰动量的主要影响因素是偏心距和前进速度；影响切割装置入土稳定性主要因素为偏心距和转速，观察作业现场得知入土深度稳定，满足入土要求。整机试验表明：根系平整切割占比左侧为21.05%、右侧为17.39%，锯切占比左侧为78.95%、右侧为82.61%，由此可知，振动式果树根系断切装置作业过程中振动断切装置对根土复合体起到锯切效果，减小机具和切割装置所受阻力，起到减阻效果；由试验现场可知，机具稳定性良好，作业后留下20~25mm沟壑，与入土切割装置厚度20mm一致。土壤外翻程度小，土壤弥合较好。     

马铃薯种薯平铺整序装置优化设计

为了实现马铃薯种薯切块制备自动化,适应切块装置的需求,需要将种薯进行平铺整序。设计一种马铃薯种薯平铺整序装置,可实现成堆种薯的平铺整序作业。马铃薯种薯储存装置采用倒锥形料斗;输送装置采用平带输送,在平带输送的机架上安装振动器提高种薯的平铺速度;采用输送带末端的导流块实现种薯整序。通过对输送带输送速度v、导流块导流角度α和振动器激振力F三因素的三水平进行回归正交试验,确定输送带输送速度为0.25 m/s、导流块导流角度45°和振动器激振力(0.7±0.03)kN为最佳作业状态,种薯平铺整序成功率可达98.59%。     

大蒜仿形浮动切根机构运动特性分析与仿真

为深入研究大蒜仿形浮动切根机构作业机理,进一步提升仿形浮动切根作业质量,开展切根机构仿形浮动作业过程运动学解析,构建切根机构浮动位移量数学模型、回转切刀刃口轨迹曲面数学模型、切刀刃口切割速度数学模型,探明切根机构结构参数和运动参数对仿形浮动切根作业过程的影响;同时,通过ADAMS虚拟样机仿真试验,获取切刀运动轨迹曲线、时间—切割速度曲线和位移—切割速度曲线,分析不同切刀转速、切刀数量、刃口位置点、切刀位移等对切割次数、漏切区、切刀运动轨迹、切割速度的影响。研究结果表明,通过合理设置切根机构结构参数和运动参数,可有效实现机构的仿形浮动切割作业,提升切根作业效果;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为2 600 r/min时,根盘处的根系被单个切刀刃口旋转最高点的切割次数可达到2次,且漏切区面积很小;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为1 000 r/min、切刀数量为4片时,根盘处的根系被所有切刀的刃口旋转最高点的切割次数为2次,且漏切区面积很小。该研究可为大蒜联合收获仿形浮动切根作业机理研究和机构优化提供理论参考。     

水射流切割模型及其性能分析

推导了水射流切割主要参数的数学模型;证明了入口压强、横移速度、磨料进给量与工件切深成正比;喷嘴切割角度偏移12°,切割效率可提高11.37%。推导出相同条件下,可通过一组数据求出多组体积能耗比的简便计算公式。     

基于PLC的甘蔗预切种切割平台控制系统设计

甘蔗切种是甘蔗预切种种植模式下的极为重要工作过程,但在实际工作中,大部分仍然依靠人工手动切种,切种质量不高,蔗芽损失大,且劳动强度大,生产效率低。为解决此问题,自主开发预切式横向甘蔗智能切种机的数控切割工作台,通过PLC控制多把切刀在切割平台的横向移动,通过液压系统控制多把切刀的切割,经过对切刀定位精度试验分析,分析表明,该控制系统控制切刀定位的精度较高,每把切刀相对定位精度误差均小于0.6%,重复定位误差小于0.5%。研究结果对推进甘蔗预切种的开发,对促进甘蔗种植技术的发展有重要的应用价值。     

基于压电效应的果实采收超声切割机理分析

主流果蔬采收末端执行器根据采收的果蔬品种和果梗木制纤维材质的不同,结构差异较大,均存在占据空间大、结构笨重、易碰撞果实和易造成损伤等问题,不利于果梗切割,因此研究一种结构灵活、占据空间小、切割省力的适用于不同果梗木制纤维的超声切割刀应用于果蔬采收末端执行器非常重要。本研究采用理论-有限元-试验相结合的方式对超声切割刀切割果梗的机理进行分析。首先建立了超声刀具切割果梗的物理场模型,通过对切割过程进行时空分析,建立了其位移、速度、加速度等数学模型,分析了切割过程的时空不连续性,基于断裂力学对果梗切割机理进行研究并绘制Matlab响应面图,可以发现超声切割所需要的力小于常规切割。利用有限元分析软件,对超声刀具进行了模态分析和谐响应分析,得到了刀具在不同频率下的振动模态和利于切割的最佳频率。最后,利用自制试验台采用不同切割速度分别对不同直径的橘子和橙子果梗进行了超声切割试验。试验结果表明：切割速度和激振频率与采收切断力有关,在高频和低频振动下,随着果梗直径增加,切割时间变化在0.4s内,切割效率稳定;试验中超声切割的最大切断力远小于常规切割,且小于1N,超声切割可以很有效地降低切断力,减小切割时的冲击作用,相对于常规切割切断能力更强,适合将其应用到采收末端执行器,从而获得更高的采收效率。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

基于激光三维重建的种薯芽眼识别方法研究

种薯芽眼的准确识别是实现智能切块的重要前提。为解决种薯芽眼机器视觉识别易出现误判和不易获取芽眼三维位置信息而导致切块不均匀的问题,提出一种基于激光三维重建的种薯芽眼识别方法。确定点云获取过程中ROI区域消除采集过程中背景的影响,通过工业相机与线激光器相配合连续采集移动种薯的激光光条图像获取其点云数据;根据点云密度去除随机噪声和裙边噪声,提高点云质量,降低芽眼误判率。采用体素滤波算法稀疏点云,提高识别效率;通过对种薯表面任意点的局部邻域进行平面拟合后获取点云法向量,构建加权协方差矩阵参数化种薯表面点云,根据矩阵特征值大小设定的动态阈值对种薯表面点云进行初步筛选,得到种薯芽眼判别的候选点,采用欧式聚类算法获取候选点的点云簇,选取每个点云簇中最大特征值点为关键点,利用计算关键点和邻域内其他点构成的中心线连线向量与法向量夹角余弦值对关键点再次筛选,最终确定种薯各个芽眼位置。试验结果表明,芽眼识别率为95.13%,芽眼误识别率为4.87%,可为马铃薯种薯智能化切块时芽眼识别提供参考。     

川麦冬往复切割式剪果装置设计与仿真试验

麦冬为我国大宗中药材品种,道地产区为四川和浙江,地下部分的块根为入药部位。本文针对麦冬块根采后人工脱果劳动强度大,缺乏成熟机械化脱果装置等问题,设计了一款川麦冬剪果装置。该装置采用两组阶梯式的往复切割器、输送夹持带、限果导须板和机架结构。结合麦冬剪果农艺要求和植株物理参数测量计算,确定了整体结构尺寸、限果导须板间隙、输送速度、切割间距、往复行程等参数。基于ADAMS软件对麦冬与脱果刀具之间进行了刚柔耦合仿真分析,以刀刃与麦冬植株接触力大于峰值切割力为条件,模拟切割效果;利用ADAMS/view中Flex模块对麦冬植株进行柔性化处理,分析在接触碰撞过程中两者接触力与麦冬植株形变的变化规律。选取切割速度、切割倾角、刀具构型三因素进行三水平正交试验,结果表明,影响切断的因素主次顺序为切割倾角、切割速度、刀具构型;切割速度与刀刃类型呈显著相关关系;当进行高速切割时,直齿型刀具所产生的峰值切割力大于其他两种刀具构型。综合考虑切割稳定可靠性、切割力和刀具构型最简化原则,得到优化工作参数为：切割速度0.41m/s、切割倾角0.3°、刀具构型为三角光刃型。经仿真验证,该装置结构参数合理,满足麦冬脱果技术要求,可为麦冬脱果机械装置的优化设计提供理论和试验依据。     

立体仿形红枣修剪装置设计及仿真

针对新疆矮化密植枣园人工修剪作业环境差、劳动强度高及工作效率低等问题,设计了一种立体仿形修剪装置,实现了枣树个体树形的立体分层仿圆柱形修剪。通过对修剪刀具锯切枣枝的理论分析,建立了刀盘切割枣枝过程的运动学模型与力学模型,得到结论为:圆锯片刀盘锯切枣枝时,不发生漏切的理论临界转速为1020r/min;当刀盘直径范围为100～400mm、修剪直径范围为5～17mm时,装置理论锯切功率P为56～1309W。基于多体动力学建立刀盘转速为2000r/min,修剪装置移动速度分别为0.4、0.7、1.0、1.3m/s的4种仿真模型,并进行运动分析。结果表明:当修剪装置移动速度为1.0m/s时,刀盘运动轮廓近似于圆,圆弧曲线拟合决定系数R~2为0.98,拟合度高;刀盘运动过程中,刀刃旋转1圈所需时间为0.03s,刀盘完成1次往复移动所需时间为1.4s,满足修剪装置仿圆柱形修剪要求。本研究为红枣修剪机整机的设计提供了理论依据和技术支撑。     

定向排列纵横切分马铃薯种薯切块机设计与试验

针对马铃薯种薯需求量大以及人工切种工作量大、劳动强度高、切种效率较低等问题,设计了一种定向排列纵横切分马铃薯种薯切块机,可同时完成马铃薯种薯清土除杂、大小分选、种薯排列、切块、薯块杀菌消毒、薯种碎片清选和集薯输送等多种作业。该种薯切块机包括种薯分选装置、定向排列装置、纵切装置和横切装置,采用纵刀和横刀组合切块工艺,可有效提高种薯切块效率,降低劳动强度。以中间电机Ⅱ转速、上下胶皮辊中心距和薯刀梳子安装角为试验因素,以薯块合格率、薯块盲眼率和种薯损耗率为试验指标,进行了响应曲面试验,采用DesignExpert 8. 0. 6软件对试验数据进行分析,得出最优参数组合为:中间电机Ⅱ转速为965. 76 r/min,上下胶皮辊中心距为315 mm,薯刀梳子安装角为104. 61°,最优参数组合条件下薯块合格率94. 86%,薯块盲眼率1. 84%,种薯损耗率9. 72%。在最优参数组合条件下进行了验证试验,结果表明,薯块合格率为92. 13%,薯块盲眼率为1. 91%,种薯损耗率为10. 21%,与预测值相比,薯块合格率、薯块盲眼率及种薯损耗率的相对误差分别为2. 88%、3. 80%、5. 04%,满足马铃薯种薯切块要求。     

马铃薯种薯切块装置研究现状与发展趋势

马铃薯采用块茎播种,种薯切块能够促进破除休眠,使薯块早发芽,并且将整薯切为小块能够节约种薯,减少成本.目前,国内的种薯切块机的研究仍存在很多问题,通过总结国内外种薯切块机的研究进展,对未来的发展提出展望.