人—机—环境理念在喷流式挖藕机功能优化中的设计与实践

挖藕机的发明与应用大幅提升了藕农人工挖藕效率,但目前常用的挖藕设备结构复杂、操作繁琐、藕农适应性较差,需要一定的经验技术方能运用,且部分区域应用受限。鉴于水田莲藕采挖对挖藕机的需求,必须克服操作难度大、挖藕效率低的问题。本文以喷流式挖藕机为例,浅谈"人—机—环境"系统在该种挖藕机改良设计中的应用。     

人—机—环境理念在喷流式挖藕机功能优化中的设计与实践

挖藕机的发明与应用大幅提升了藕农人工挖藕效率,但目前常用的挖藕设备结构复杂、操作繁琐、藕农适应性较差,需要一定的经验技术方能运用,且部分区域应用受限.鉴于水田莲藕采挖对挖藕机的需求,必须克服操作难度大、挖藕效率低的问题.本文以喷流式挖藕机为例,浅谈"人—机—环境"系统在该种挖藕机改良设计中的应用.     

挖藕技术研究现状及黄河三角洲地区莲藕采收技术前瞻

传统的莲藕采收方式以人工铲挖和水冲式为主，工作环境恶劣、劳动强度大、生产效率低和用工成本高，严重制约了莲藕产业的发展，研发省力高效的莲藕采收机械是促进产业规模化发展的根本出路。该文在总结国内外莲藕采收技术研究现状的基础上，阐述了现有挖藕机械的结构原理、功能特点和不足。同时，根据黄河三角洲地区莲藕的种植环境、生长周期和分布特点提出适合黄河三角洲地区莲藕种植模式的智能、省力、高效的履带自走式挖藕机，该机型是该地区莲藕采收机械的发展方向。      

船式自动挖藕机设计与应用

随着物联网技术和数字化经济的发展，为提升莲藕采收机械的智能化和机动性，减轻藕农劳动强度，提高采挖效率。设计了一种集物联网、信息化、智能化为一体的云服务智能挖藕机。主要由智能监控装置、智能动力机械、智能喷射装置、收集装放装置、移动客户端、智能摆动装置、动力装置及船身等组成，可以一次完成采、洗及装等作业。机具有轻巧、安全可靠、挖掘深度大、性能稳定、电控程度高、方便操作、成本低、伤藕率低、机械动力足及适用范围广等优势。调整后还可进行抗旱排水、沟塘疏浚、湖泊池塘除草等作业。在机器运行过程中，由于高压水柱的冲刷和切割，土壤细软、土层被破坏，土壤肥力提高，第二年根系发达，有助于养分吸收。作业过程无“三废”排放，无职业危害，对环境无污染。     

莲藕采收机械的研究进展

莲藕具有很高的食用和药用价值,深受广大人民群众喜爱,但是莲藕易种难收.目前,我国莲藕收获机械化水平低,存在破损率高、效率低等问题,严重制约了莲藕收获生产发展.为此,课题组综述了莲藕采摘机械的采收机理、采收结构装置以及行走方式等方面,论述了各种采藕机的优势与不足,结合现阶段的发展情况和研究现状,提出了采藕机的发展趋势,以...     

液力驱动挖藕机的结构设计

为了解决采藕困难、劳动强度大、效率低和现有挖藕机工作不理想等问题,研制出液力驱动挖藕机。依据莲藕所能承受最大压力确定汽油机水泵的型号,通过喷射系统喷出水柱对淤泥进行冲刷、推移,使莲藕自动浮出水面。试验表明:该机操作简便、性能良好,是莲藕采摘很好的工具。     

履带式自走水力采藕机设计与试验

黄河三角洲地区莲藕种植深度为30~40cm,其采收以人工为主,采收环境恶劣,劳动强度大。为解决莲藕采收问题,本文设计了一种智能、高效、低损伤的履带式自走水力采藕机。对采藕机整机结构、工作原理、各关键机构进行了设计和选型,并开展了田间试验进行验证。采藕机主要由底盘及履带式自走机构、水力系统、液压系统、动力系统和控制系统等组成。总动力由柴油机提供,行走机构为履带式,具有良好的稳定性和灵活的转向性能,能适应复杂的藕田作业环境;射流冲刷方式为摆动射流,由提升液压缸和摆动液压缸分别带动喷嘴阵列上升、下降和左右循环摆动作业;能进行坡度0°~40°的转场作业,作业幅宽为2.3m,能够对莲藕表层以上淤泥快速有效冲刷。在3个不同藕田进行了莲藕采收试验,试验结果表明,该机器能适应100cm以下不同水深的藕田,采藕机莲藕采净率大于等于95%,莲藕损伤率小于等于5%,作业油耗率小于等于215g/(kW〖DK〗·h),作业时行驶速度和平均工作效率分别为3m/min和0.04hm2/h,采收效率为人工采藕效率的4~5倍。采藕机工作性能稳定,能够射流冲刷掉莲藕表面淤泥且未损伤莲藕,满足莲藕采收要求。     

基于慧鱼组合式智能多元一体化大葱机的研究

【目的】我国大葱机功能单一、自动化程度低,大葱多采用传统手工收割方式,存在工作效率低、劳动强度大、成本高、品质不稳定等问题。【方法】笔者以现代大葱种植农民对高效低耗的大葱农用机械的迫切需求为出发点,研究设计了一款集松土、收割、捆绑、传送、切割、装运、播种、浇水为一体的新能源多元一体化智能大葱机——“葱”慧机,并详细阐述了“葱”慧机的智能控制系统、行走装置、收取装置等结构设计。【结果】该“葱”慧机具有操作自动化、功能模块化、智能化、低碳环保等特点,能够实现高效收取播种、智能捆绑、可控切割,极大地降低了农民的劳动强度,且使用便捷、效率高。【结论】该“葱”慧机可以收取类似大葱的作物,只需调整环境参数、判别要素和执行顺序,便可以应用于不同的作业对象、作业环境或执行不同的功能,具有广阔的市场前景与推广价值。     

基于慧鱼组合式智能辣椒采收装置的研究

【目的】传统的辣椒收割机机体大、笨重、功能单一、效率低、采收品质不好,已无法满足农业快速发展的需求。【方法】笔者基于强农惠农政策背景,以辣椒产业需求为出发点,研发了一款多功能自动辣椒采收机——“辣椒猎手”,分析了该装置行走模块、智能采摘模块、太阳能模块等的设计及工作原理。【结果】“辣椒猎手”集智能控制、行走、采摘、储存、粉碎、耕作、播种和供能于一体,可辨别果实成熟度,配套AI实现一机多用,极大地提高了辣椒采收效率和质量。【结论】该产品的推广应用能让农业生产更加智能化、高效化、可持续化,可为实现农业高质量发展和乡村振兴注入新动能。     

4CWO-3.2型船式挖藕机的研制

针对我国莲藕生产的实际,如挖藕困难、劳动强度大,研制了适应藕田、藕塘、湖区的船式挖藕机,利用高压水柱对泥土进行切割、粉碎、推移,使净藕自动浮出水面,提高了挖藕效率,解决了挖藕难题。     

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。     

智慧农机发展背景下移栽机取苗爪装置设计

【目的】传统的半自动移栽机取苗爪装置人工依赖程度高,较为耗时耗力,且工作效率不高,易出现返工现象。随着智慧农机和人工智能的高速发展,基于智慧农机发展技术的自动移栽机取苗爪装置工作效率高,可满足大面积种植的需要。【方法】笔者采用理论分析和数学模型构建相结合的方法,分析了自动移栽机取苗爪设计方案,根据移栽机取苗爪的运动需求,设计了移栽机取苗爪装置,并优化了取苗爪参数设计。【结果与结论】该装置设计可以满足自动移栽机取苗爪的运动需求,与传统的半自动移栽机相比提高了抓取效率,能够较好地完成取苗作业,具有一定的应用前景和推广价值。     

4CW-2.6型船式挖藕机实现四个创新

4CW-2.6型船式挖藕机由动力机械、高压水泵、喷射装置、挖藕支架、行走控制系统、液压操作机构和船身等组成。工作时,船体悬浮或半悬浮于水中,在船内完成吸水、加压喷射、挖深控制、行走等全部工序。该机采用高压水柱与铲泥板组合采挖技术,填补了国内空白,是国内技术领先的船式挖藕机械。     

履带自走式莲藕收获机的结构设计

针对目前莲藕收获困难、生产效率低等问题,课题组提出了一种履带自走式莲藕收获机,该机采用履带式自动行走方式,应用喷流式工作原理,利用水泵产生高压水柱喷射、冲刷藕泥,使藕与泥分离,并通过输送、清洗、采收装置完成莲藕的清洗和收获.课题组主要对履带式行进、喷流、输送、清洗和收集等系统的关键零部件进行设计和参数的选择.仿真结果表...     

4CW-2．6型船式挖藕机研制使用情况调查

4CW-2．6型船式挖藕机将动力机械、高压水泵、喷射装置、挖藕支架、行走控制系统、液压操作机构与船身有机融为一体．使船体悬浮或半悬浮于水中，在船内完成吸水、加压喷射、挖深控制、行走等全部工序，集先进性、适用性、安全性和可靠性于一体。     

基于模糊控制的智能植物滴灌装置设计

随着经济的发展和城市化进程的加快,我国耕地面积日益减少、水资源持续短缺,粮食安全问题日益严峻。智能植物生长柜因具有节水、环保、安全、不受环境制约等优点,是解决该问题的有效方法之一。【目的】提高智能植物生长柜的水资源利用率。【方法】设计了基于模糊控制的智能植物滴灌装置,该装置主要由植物支架、控制器、传感器、水箱、电磁阀及滴箭构成,利用模糊控制算法实现智能滴灌。【结果】基于模糊控制的智能植物滴灌装置能很好地实现数据采集、灌溉控制、参数设置和数据处理等功能,将土壤湿度控制在合理的范围内,在用水量相同的情况下作物长势更优。【结论】该装置可有效提高智能植物生长柜的水资源利用率以及自动化程度,并可推广至其他智能滴灌系统。     

基于全方位旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统研究

【目的】传统农业喷灌方式需要人工巡检,存在水资源利用率低、人力资源浪费、经济效益低、人为管理不精确等问题。【方法】课题组设计了一套基于全方位360°旋转喷灌喷头的智能喷灌管理系统,运用Douglas-Peucker算法对传统喷灌喷头进行了智能化改造,结合MQTT通信和树莓派、Arduino、传感器进行了云平台设计。【结果】该系统可以提供智能喷灌服务,以“X形”沿边界喷洒,可以有效避免水资源的浪费,实现全覆盖喷洒作业,并可以对特定地点进行实时监控与操作。【结论】通过系统化智慧农业服务,降低了农民劳动强度,有效解决了城市绿化的相关问题,最大程度减少了土壤污染,促进了物联网与农业的深度结合,推动了农业灌溉系统的机械化、自动化、智能化发展。     

一种葡萄苗木嫁接机器人的结构设计

【目的】传统的人工嫁接方式或少数育苗企业采用的半自动嫁接机均存在自动化程度低、工作过程费时费力等问题,增加了人工成本,技术人员流失也比较严重,因此果木育苗行业亟需研制自动嫁接装备。【方法】课题组以葡萄苗木自动嫁接方案为研究对象,提出了一种嫁接机器人的设计方案,对其机械结构进行了研究,并采用三维数字化软件SolidWorks对嫁接机器人进行三维建模。该装置的总体结构主要包括砧穗匹配系统、切削接合装置、蜡封收集装置,三台装置在同一工作平台上协调工作。其中,砧穗匹配系统包括砧木供苗装置和穗木供苗装置,两装置均设有视觉检测系统,可对砧木、穗木进行特征信息的采集,并完成两者之间的自动匹配;切削接合装置用于对匹配好的砧木与穗木进行切削和快速接合,并将接合完成的嫁接苗转移至蜡封收集装置,以进行后续的操作;蜡封收集装置可对嫁接苗进行蜡封、降温、收集处理。【结果】该装置具有自动化程度较高、可节省大量时间与人力等优点,能较好地解决传统人工嫁接及半自动嫁接机存在的问题,有利于促进我国未来葡萄种植产业的发展。     

一种茶叶揉捻机的自动化装置改进设计

针对茶叶揉捻过程自动化程度不高、上茶下料环节依靠人工操作、揉捻速度和压力的大小和控制依靠人工经验进行操作、茶叶揉捻效率低,无法保证茶叶加工品质的问题,改进了揉捻机的自动化装置,包括在称茶下料系统采用皮带秤对茶叶质量自动监测、压力控制系统设置测力传感器监测揉捻压力及速度控制系统加装变频器有效控制揉捻速度。试验结果表明:改进后茶叶揉捻效果良好,揉捻机可对揉捻压力和速度进行有效监测和控制,能够满足揉捻机的自动化应用需求。     

一种用于沙障铺设的机器人设计

【目的】解决目前国内沙漠固沙机器智能化程度低、人工成本高、治理周期长等问题。【方法】课题组设计了一种新型的用于沙漠治理的智能固沙机器人,综合分析了设备的整体结构及工作原理,包括横、纵向送草机构、轧草机构等,并基于Boustrophedon算法和双向搜索算法,为设备搭载了GPS定位器,可根据实际情况对固沙机器人的种插路径进行规划,优化草方格的种植面积。【结果】该机器具备人工操作和智能操作两种模式,能够高效快捷地种插草方格,减少人工成本的投入,实现沙漠治理、防风固沙。【结论】本设计对治理荒漠化以及绿色植被的恢复工作具有较为重大的意义,可为沙漠地区提供技术支持和解决方案。