气流引导式果园注肥机设计与试验

针对目前果园液态肥注肥作业存在易伤果树根系、肥料利用率低、注肥不均匀等问题,为实现果园液态肥高利用率、横向均匀扩散施用,设计了一款气流引导式果园注肥机,以高压气流疏松土壤引导液肥扩散。分析了果树注肥作业要求及气流引导注肥作业原理,对注肥装置、注肥气液管路、注肥下压装置进行理论分析及设计。通过气流引导参数注肥参数交互试验进行分析,确定了最优的参数组合为：通气压力0.8MPa,注肥压力1.5MPa。基于虚拟样机技术完成气流引导式果园注肥机的建模并完成样机的试制,在果园进行了田间试验。试验结果表明,注肥机作业效果稳定,无液肥上溢现象,液肥纵向扩散范围264~320mm,横向扩散范围250~270mm,作业效率0.10~0.12hm2/h,满足果园液态肥作业要求。     

基于Workbench的气爆松土施肥机机架有限元分析

设计一种气爆松土施肥机,实现快速气爆施肥,并对其机架进行研究分析。用SolidWorks软件建立机架三维模型,将模型导入至Workbench进行静力学分析和模态分析。研究结果表明,机架最大应力为52.361 MPa,最大变形为1.261 1 mm,符合强度刚度设计要求,机具在正常工作时不会发生共振现象,气爆松土施肥机的机架设计满足设计要求。     

果园开沟施肥机控制系统的设计

针对果园开沟施肥作业的实际需求,设计了一种基于单片机的开沟施肥机控制系统,并探讨了开沟施肥机施肥作业中开沟深度和施肥量的检测和控制方法.系统以STM32F103VET6微处理器为核心,利用各传感器采集车辆工作参数,通过控制开沟刀盘升降油缸和排肥门开度实现开沟深度和施肥量的实时调节.田间试验结果表明:开沟深度稳定性系数均...     

果园开沟施肥机的试验与分析

为提高果园施肥技术水平，加快推进果园生产机械化，实现林业增效和农民增收，2021年，江苏省农业机械技术推广站结合实施果园（梨）生产关键环节机械化技术集成应用项目，在前期调研的基础上，选用常州杰和机械有限公司生产的开沟施肥机进行试验，重点考核机具施肥深度、作业速度和生产效率等作业性能，为果园开沟施肥机的推广应用提供借鉴。     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

果园管理机的倾翻预警控制系统设计与试验

针对目前果园管理机复杂的作业环境,果园管理机缺乏相应的安全预警机制,设计果园管理机防倾翻控制系统,单片机作为控制系统的核心,采集传感器获取的信息,经处理后,控制果园管理机作业状态,设置倾翻预警时间和横向载荷转移率作为倾翻预警的判断指标,同时通过控制果园管理机主动制动和主动转向对果园管理机的姿态做出调整,防止机车倾翻。试验结果表明该系统能够有效检测果园管理机的作业姿态,降低翻车的可能,提高作业人员的安全系数。     

果园注肥机技术研究现状与展望

随着我国经济的发展,人们对水果的需求量越来越大,尤其是高品质的水果产品,而果园施肥技术是增加果树产量和提升果品品质的重要手段。目前,我国果园管理机械化水平较低,传统的果园施肥机及施肥方法(如环状沟、条状沟、放射状沟及地面撒施等)弊端严重,新式的果园注肥机械缺失更为严重。为此,针对国内外果园注肥机械的发展情况,分析了各果园注肥机的特点,结合我国果园种植的实际情况,剖析适合我国果园的注肥机械应有的特点,分析、比较指出现存果园注肥机存在的问题,提出果园注肥机的研究趋势。     

基于FPGA的有机肥撒施机控制系统研究

为实现有机肥撒施机撒肥量的精准调节,实时监控撒肥作业情况,设计基于FPGA的有机肥撒施机控制系统。以FPGA芯片为控制核心,利用转速、位移传感器采集数据,通过液压系统控制输肥链板转速、挡肥板开口高度,研究T-S模糊神经网络控制算法,实现撒肥量的精准控制。设计控制系统操作界面,通过触控显示屏可设置作业参数,显示作业速度、作业面积、撒肥量、转速、堵塞报警等。集成多个监控装置,向机手实时显示撒肥作业情况和肥料箱内情况。试验表明,该控制系统可有效监控撒肥作业情况,撒肥量控制偏差小于10.0%,人机交互好,系统稳定性高。     

设施蔬菜生产无人化开沟施肥机控制系统研究

为解决设施蔬菜生产存在的用工难、用工贵、劳动强度大、作业效率低、农机农艺融合不够等问题,设计基于PLC和自适应Fuzzy PID的设施蔬菜生产无人化开沟施肥机的控制系统。采用西门子S7-200 SMART PLC 作为主控制器开发开沟施肥机的控制系统,实现无人化开沟施肥;再采用自适应Fuzzy PID控制方法实现精准施肥。通过试验可得开沟深度最大相对误差为7.5%,平均相对误差为1.2%,施肥量最大相对误差14%,平均相对误差为6.6%,满足开沟控制要求和精准施肥要求,控制系统稳定性好,控制精度高,满足生产要求。     

田园管理机系列配套机具研究及推广

一、田园管理机应用前景广阔 田园管理机小巧灵活、方便实用，广泛应用于平原、山坡、果园、蔬菜大棚、林间，弥补了大型农业机械作业领域的空白，应用前景十分广阔，其作业领域和配套机具还有很大的发展空间。根据目前田园管理机的使用现状，唐山市农机技术推广站研制开发与之配套使用的系列适用新型机具，以提高田园管理机的使用效率，增加机具的使用价值。     

新型果园挖穴施肥机的设计研究

果园挖穴施肥机是一种果树施肥必不可少的主力机具之一,其工作性能的高低对果园树苗的成长及果实的产量有重要的作用。为此,在充分了解当前我国果园挖穴施肥机的发展状况及果树施肥的工艺要求基础上,设计了一种新型果园挖穴施肥机。通过对挖穴施肥机的关键零部件进行结构设计、参数选取,以及三维结构建模与仿真计算试验,优化控制路线及系统的设计,达到土壤收集集中、挖穴一致、施肥定量及行走均衡效果。整机在提高施肥效率的同时,大大降低了人工成本,且机体本身的结构紧凑性与智能性得到一定的提高,为其他新型挖穴施肥机的开发与优化提供了参考。     

驱动式马铃薯中耕机的设计与仿真分析

针对我国传统中耕机械存在的碎土效果不理想、易缠绕堵塞的特点,设计了一种驱动式马铃薯中耕机。该机能够一次性完成垄间松土、碎土、除草及培土等作业。对中耕机旋转单体中的碎土刀进行受力、刀的排列等分析,并通过ANSYS软件对旋转单体进行运动仿真。仿真结果总变形和等效应力验证了旋转单体的可靠性,证明了该机具可以实现深松、碎土等工作过程。机具结构设计合理,为中国北方等粘重土壤地区的中耕作业提供了技术支持,也为马铃薯中耕机的设计改进与优化提供了理论支撑和技术参考。     

天然草场改良用振动式间隔松土机作业机理

为了提升草地振动式间隔松土机的作业性能,需要对机具的作业机理进行研究。通过对机具的工作单体进行运动仿真分析,探讨了松土部件在强迫振动作用下对草耕层土壤的破碎机理。通过分析得出松土部件的工作过程为切削土壤和抛起土壤两个交替作用的阶段,在松土作业过程中,松土部件既有挤压松土又有振动松土,土垡因受剪切、弯曲和拉伸等作用得到松碎,松土部件产生与松土铲切削方向呈一定角度的振动有利于土壤疏松和降低机具的牵引阻力。     

果园自走式电动底盘控制系统设计与试验

为解决果园作业机械化设备少、效率低,大型机械不便作业的问题,研制一机多用的果园自走式小型灵活的电动底盘,设计其核心部分控制系统。依据果园作业环境,提出设计目标性能要求和整体结构方案;分析电控系统的电机驱动器、整车控制器、遥控器各自应具备的功能,进行硬件电路设计和软件编程;最后调试和实地试验。试验结果表明:所设计的果园自走式电动底盘控制系统能够使电动底盘满足最高车速为6.72 km/h,通过圆直径2 740 mm,具备通过30%坡度路面的能力,续航里程可达17.5 km,无线遥控距离达到200 m,符合果园作业性能要求。     

偏置式果园松土锄草施肥装备研究与设计

我国果园规模发展快速,急需相应的现代化农业装备配套和支持,结合国内传统的果园特点和管理作业需要,研究一种适用于果园的偏置复式作业装备。基于模块化设计技术、虚拟样机技术,对偏置式果园松土锄草施肥装备的偏置部件及作业部件进行设计与优化,利用Pro/E软件对样机进行仿真与设计,对关键部件进行计算与校核。田间试验表明:机具作业性能达到设计要求,平均开沟深度250 mm,作业幅宽950 mm,偏置量900～1 200 mm无级可调,施肥均匀,作业效率达到0.268 hm~2/h以上。     

基于姿态实时监测的多路精准排肥播种控制系统研究

针对现有精准排肥播种控制系统缺少对机具姿态进行监测判别的现状,在现有精准排肥播种控制系统架构基础上,增加了机具作业姿态实时监测模块,使系统可以根据机具的实时前进速度和作业姿态自动控制排肥量和播种量,减少人员对系统的操作。该系统主要由车载控制终端、PID控制器、多路集成比例阀、光电转速测试码盘、机具姿态解析模块、机具位置与速度解析模块、液压马达等组成,其中机具姿态解析模块采用MPU6050芯片实时测量下拉杆与机架的俯仰角,应用STM32F103MCU芯片实时获取MPU6050芯片的输出数据,并反馈到车载控制终端,封装后的机具姿态解析模块安装在拖拉机三点悬挂的下拉杆中部,对下拉杆与水平面的夹角数据进行实时记录和反馈,判别机具的作业姿态是否处于工作状态。将该控制系统安装在小麦基肥精准分层施肥播种机上,在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地,对该控制系统进行静态标定和动态试验,以检测可靠性和稳定性。静态标定试验结果显示,马达转速与系统的排肥排种量存在一元线性关系,此时浅层肥料、深层肥料和种子的单圈排量分别为16.97、29.31、11.2g;姿态标定结果表明,设置临界角为5.3°时,系统的机具姿态提示信息正确,能够满足姿态监测的要求;动态试验表明,机具工作状态下,浅层肥料、深层肥料和种子排量变异系数分别为3.5%、3.8%和3%,3路的排量偏差都控制在5%以内,机具抬升状态下,排肥排种轴处于静止状态,说明该系统的运行过程总体比较稳定,能够满足小麦基肥分层施肥播种机具的精量排肥排种的作业要求,同时能够减少人为操作流程。     

拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机-播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明：拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机...     

自动调节深度式果园双行开沟施肥机设计与试验

针对国内果园开沟施肥机施肥效率低、一致性差和有机肥与化肥混施难的问题,设计了一种开沟深度可自动调节的果园双行开沟施肥机。该机采用双行开沟施肥的工作方式,可一次完成果园开沟、有机肥与化肥混施、覆土一体化作业。通过理论分析对开沟装置、排肥装置和开沟深度自动调节装置等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103的控制系统,实现开沟深度的自动调节。性能试验表明,各工作部件运行稳定,开沟深度一致性较好,开沟深度稳定性系数大于等于94.76%;田间试验表明,各种肥料颗粒混合均匀,有机肥分布稳定性系数大于等于91.44%,化肥分布稳定性系数大于等于92.09%,混合肥分布稳定性系数大于等于93.70%,性能指标满足果园生产要求。     

9SB—2.4型多功能草原松土补播机研究设计

针对草原松土补播机作业功能对其关键工作部件排种器、开沟器进行研究,设计了多功能草原松土补播机,既适用于草场改良,也可用于硬茬地免耕复播,同时解决了苜蓿等小粒种子播量无法控制的关键技术难题,并通过试验和生产考核,证明了机具的先进性。     

1ZL5型马铃薯中耕机的设计与试验

针对马铃薯垄作栽培种植中肥量需求量大、土壤疏松程度高等要求,研究设计了1ZL5型马铃薯中耕机。通过对整机结构和工作原理的阐述以及对开沟铲和覆土铧工作断面参数的理论分析,获得了机具关键部件的具体结构参数。同时,对整机的作业性能进行了田间试验,结果表明:设计的马铃薯中耕机各项试验指标均满足马铃薯中耕要求,能够一次性完成松土、除草、筑垄等作业,还兼有蓄水、保墒的作用。该研究为马铃薯中耕机的研发提供了参考。