全自动蒜种盒提取投放装置设计与试验

针对目前大蒜播种机械自动化程度低、蒜种鳞芽朝上率低的现状,基于种盒式大蒜播种方式,设计了一种全自动蒜种盒提取投放装置。该装置主要包括机架、地轮、地轮轴、测速编码器、光电传感器、控制箱、输送装置和提取投放装置,能够实现蒜种盒自动给进、准确抓取、平稳输送、精确投放等功能。设计了机械臂和机械手结构,通过理论分析建立了各关键部件参数数学模型,确定了机械臂和机械手工作参数,探明了机组行进速度对各舵机工作参数的影响规律,明确了影响蒜种盒投放间隙的因素。为了测试蒜种盒投放效果影响进行了试验,结果表明当机组行进速度为0.90 km/h,中心舵机、辅助舵机、控距舵机转速分别为26.04、26.04、13.89 r/min时蒜种盒投放后衔接间隙平均值为5.6 mm,投放效果较优,满足大蒜播种要求。该文研究结果可为实现大蒜播种自动化提供参考。     

基于双侧图像识别的大蒜正芽及排种试验台设计与试验

针对现有大蒜播种机难以满足杂交蒜种"鳞芽朝上、直立栽种"农艺要求的问题,提出了一种基于图像识别的蒜种鳞芽识别与正芽方法,设计了大蒜排种及正芽试验台,实现了蒜种的单粒取种、图像采集、鳞芽方向识别、鳞芽扶正等功能。以杂交大蒜为试验对象,通过试验确定了影响蒜种鳞芽扶正效果的4个主要因素:通道宽度、电动机转速、拍摄距离、识别阈值,建立了蒜种鳞芽扶正率与试验因素之间的回归模型,模型决定系数R2值为0.903 8,分析了各因素对蒜种鳞芽扶正率的影响,各因素对蒜种扶正率影响的显著性顺序从大到小依次为通道宽度、电动机转速、拍摄距离、识别阈值。并对试验因素进行了综合优化。最优工作参数组合为:电动机转速为18 r/min、蒜种通道宽度为38 mm、拍摄距离为8.6 mm、识别阈值为178时,蒜种鳞芽扶正率为90.56%,平均每粒蒜种识别用时0.29 s,满足大蒜播种机播种要求。该文结果可为解决杂交大蒜直立播种问题提供参考。     

自动定向大蒜播种机的设计与试验

针对现有大蒜播种机难以满足蒜种"鳞芽朝上、直立栽种"农艺要求的问题,该文设计了一种大蒜自动定向播种机。该播种机主要由底盘、机架、种箱、取种装置、蒜种定向装置、插播装置、气动控制系统和镇压轮组成。采用链勺式取种方式完成单粒取种,利用三级锥形料斗实现蒜种鳞芽定向,通过鸭嘴式插播器实现直立栽种。设计了各关键部件结构,通过试验研究探明了影响取种效果和鳞芽定向效果的主要因素,确定了合理工作参数组合。以兰陵大蒜为试验对象,取种试验表明,当播种机行进速度0.10 m/s、振动机构振动作用力15 N、十字轮转速20 r/min时,单粒取种率为93.50%,多粒率为2.30%,漏取率为4.20%,综合取种效果最优;蒜种定向试验表明,当3级料斗尖锥半顶角依次为45°、40°和30°时,料斗安装间距100 mm、料斗打开间隔时间0.4 s时的鳞芽朝上率为94.44%,综合定向效果最优。大蒜播种机田间试验结果表明,上述参数组合下鳞芽朝上率为89.2%,重播率为3.2%,漏播率为2.0%,播种效率为500～650 m~2/h,满足大蒜播种农艺需求。该文研究结果为推动大蒜播种机械化和自动化发展提供参考。     

双充种室大蒜单粒取种装置设计与试验

针对当前大蒜机械化播种单粒合格率低、漏充率高的问题,该研究设计了一种双充种室大蒜单粒取种装置。通过分析与计算,确定了取种装置关键部件参数,阐述了双充种室结构可降低蒜种漏充的作业机理。采用EDEM软件进行了单因素仿真试验,分析了一级取种勺速度、种层厚度对充种性能及种群规律的影响,得到第二充种室内充入蒜种与被清掉蒜种的速度变化关系,证明了装置设计合理性。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以一级取种勺速度、取种速比、种层厚度作为试验因素,以单粒合格率和漏充率作为评价指标,开展了三因素三水平正交试验。利用Design-Export8.0.6数据分析软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,并对试验因素进行了参数优化。圆整后一级取种勺速度为0.12 m/s、取种速比为0.75的条件下,种层厚度范围为360～390 mm开展室内验证试验,单粒合格率、漏充率、重播率均值分别为95.38%、1.18%、3.44%,变异系数分别为0.32%、6.11%和4.15%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。品种适应性试验试验结果表明取种装置对3类供试大蒜Ⅱ级蒜种适应性较优,蒜种机械损伤率为0.52%,符合标准要求。田间试验结果与优化结果一致,作业效果优于现有爪式循环、勺链式、轮勺式大蒜单粒取种装置,该研究可为解决大蒜播种机取种漏充问题提供指导参考。     

行星轮式大蒜插播机播种直立度优化与试验

大蒜机械化播种的植入环节中,在蒜种-土壤-触土部件强耦合作用下,正头后的蒜种直立度极易变低,如何“保姿植入”成为亟待解决的关键技术。针对此问题,该文以行星轮式大蒜插播机为研究对象,对插播鸭嘴的尖部运动轨迹进行分析,明晰了影响植后蒜种直立度的关键因素为插播鸭嘴的线速度、开启相位角及插播鸭嘴张开角度与凸轮凸起段对应的圆心角之比(开口速比)。运用Box-Benhnken中心组合试验方法对插播鸭嘴的线速度、开启相位角、开口速比进行三因素三水平二次回归试验设计,进行了插播试验,采用Design-expert软件建立响应面数学模型,对影响直立度的关键参数进行了综合优化,求解出最优工作参数组合为插播鸭嘴的线速度200 mm/s,开启相位角20°,开口速比2。大田试验结果表明,最优参数作业的蒜种直立度均值为63.2°,较优化前提高了21.8%,满足大蒜种植的蒜种直立度要求。     

基于Jetson Nano处理器的大蒜鳞芽朝向调整装置设计与试验

为满足大蒜定向播种的农艺要求,针对现有大蒜鳞芽调整方法对杂交蒜适应性差的问题,该研究设计了一种基于Jetson Nano处理器的大蒜鳞芽朝向自动调整装置。采用双卷积神经网络模型结构,其中一个神经网络模型对大蒜是否被喂入进行实时监测,检测到大蒜喂入调整装置后,一个ResNet-18网络模型对蒜种鳞芽朝向进行判断,当鳞芽朝上时大蒜鳞芽调整机构打开Y型料斗使大蒜以鳞芽朝上的姿态直接落下,当鳞芽朝下时大蒜鳞芽调整机构翻转180°带动大蒜一起翻转后以鳞芽朝上的姿态落下,实现大蒜鳞芽朝向实时调整。神经网络模型推理及舵机控制采用英伟达边缘计算处理器Jetson Nano进行处理。利用离散元分析软件EDEM结合正交试验方法对调整装置的关键结构参数进行优化,并以杂交大蒜为试验对象进行台架试验,试验结果表明:大蒜鳞芽调整成功率为96.25%,模型推理时间0.045 s,平均每粒大蒜调整时间为0.785 s,满足大蒜播种机播种要求。该文研究结果可为解决杂交大蒜直立播种问题及边缘计算在精密播种设备中的应用提供有益参考。     

大蒜取种装置取种清种性能离散元模拟与试验

针对当前大蒜机械化种植单粒率低的问题,采用"取多留一"的设计思路,设计了爪式循环单粒取种装置,采用离散元技术建立大蒜充种与清种动力学模型,通过单因素仿真试验明晰了该装置完成单粒取种的内在机理。充种过程以取种爪中间板圆弧半径、圆心角及侧板横向间距为试验因素,以目标率为试验指标,通过Box-Behnken试验设计原理进行多因素仿真试验,得到影响目标率的参数依次为取种爪侧板横向间距、中间板圆心角、中间板圆弧半径;清种过程以清种栅板倾角为试验因素,以合格率、漏播率为试验指标,通过One-Factor试验设计原理进行清种性能试验,得到其响应曲线。采用Design-Expert8.0.6进行取种参数优化,结果表明各参数最优值分别为中间板圆弧半径为48.52 mm,中间板圆心角为72.59°,侧板横向间距为25.11 mm,栅板倾斜角度为7.41°;模型预测的目标率为90.64%,合格率为92.52%,漏播率为3.30%。开展了室内及大田试验,试验数据与优化结果一致,为大蒜机械化播种单粒取种技术研究提供了参考。     

大蒜果秧分离机构参数优化及试验

为了提高大蒜果秧分离机构的作业质量,降低蒜头的平均留茎长度、伤损率、提高切痕合格率,该文运用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论,在构建的大蒜果秧分离试验台上,对主夹持链输送速度、蒜株夹持角度、蒜株夹持高度、夹持株数等影响其作业质量的4个因素进行四因素三水平的响应面试验。建立了响应面数学模型,分析了各影响因素对作业质量的影响,同时,对各影响因素进行了综合优化。结果表明试验因素对果秧分离质量有较大影响,综合优化结果为主夹持链输送速度1.05 m/s,蒜株夹持角度77°,蒜株夹持高度220 mm,夹持株数2株,此时平均留茎长度为36.9 mm、伤损率为2.23%、切痕合格率为98.29%。研究结果可为大蒜果秧分离机构的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

大蒜真空脉动干燥工艺参数优化

为探究较优的大蒜干燥工艺,提升干燥品质,该研究将真空脉动干燥技术应用于大蒜干燥,采用碳纤维红外板作为热源,研究了红外板温度(55、60、65和70℃)、真空保持时间(6、9、12和15 min)以及蒜片厚度(2、3、4和5 mm)对大蒜干燥特性及品质的影响,以蒜素(硫代亚磺酸酯)含量、色泽(L*、a*、b*和?E*)和复水比作为品质指标;根据单因素试验结果进行了红外板温度、蒜片厚度和真空保持时间的正交试验。试验结果表明:单因素试验中红外板温度、真空保持时间以及蒜片厚度均对干燥特性有显著影响(P0.05),蒜素含量随红外板温度的升高呈先减少后增加的趋势,随蒜片厚度的增加呈先增加后减少的趋势,当真空保持时间为15 min时,蒜素含量最高;正交试验中各因素对蒜片干燥综合评价指标的影响顺序为蒜片厚度红外板温度真空保持时间。蒜片真空脉动干燥最佳工艺参数为红外板温度65℃、真空保持时间为15 min、蒜片厚度为2 mm。研究结果可为真空脉动干燥技术在大蒜干燥工业生产中的应用提供借鉴。     

大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响的试验研究(简报)

为了研究大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育的影响,为研究大蒜播种机械提供参考依据,该文以徐州白蒜为供试品种,将鳞芽分为朝上、朝下和随机3种情况种植,观察大蒜生长发育情况.试验结果表明:播种时鳞芽朝下、朝上和随机时,大蒜均能顺利生长.但是,鳞芽朝下和随机时,发芽叶出土缓慢而且细弱,出苗期加长,出苗不整齐.在幼苗期,幼叶长大缓慢,露出土面较晚.大蒜植株较矮,叶面积小.蒜头重量轻,横径小.大蒜地下部分生长姿态与播种时鳞芽的姿态一致.鳞芽朝向随机和朝下时,蒜头在地下生长姿态呈倒立或平躺状.     

大蒜播种机种植机构的设计

为了满足大蒜在栽植过程中保持蒜瓣鳞芽朝上垂直入土且蒜瓣弓背面朝向一致的农艺要求,该文根据蒜瓣的外形特征,设计了一种大蒜播种机种植机构并对该机构进行详细的理论分析,运用Solidworks软件对该机构进行建模并通过3D打印机打印出零件,然后组建试验台对该种植机构进行试验。试验数据显示采用该种植机构不但可以确保大蒜弓背面朝向一致,而且播种机前进速度的变化对蒜瓣垂直度的影响较小。该文为大蒜种植机械种植机构的设计提供了一种设计方法,为研究大蒜播种机和同类机具提供了参考。     

大蒜联合收获切根试验台设计与试验

为了提高大蒜联合收获切根作业性能,解决大蒜切根过程中根系一次清除率低、蒜头损伤率高等问题,该文设计了一种大蒜联合收获切根试验台,该试验台主要由毛刷辊、前旋转切刀、夹持输送机构、排序-对齐机构、浮动切根机构等组成,可一次性完成蒜株的根系清理和预切、蒜株排序和对齐、根系浮动切割等作业工序。该文确定了切根装置关键结构参数和作业参数,并对影响切根作业质量的主要因素开展了试验研究。试验结果表明,影响切根作业质量的主次作用因素为夹持输送速度、夹持角度、浮动切刀转速,较优参数组合方案为夹持输送速度1.05 m/s、夹持角度79°、浮动切刀转速2 200 r/min(切割线速度为17.3 m/s),此时根系去净率为96.1%,蒜头伤损率为2.39%,满足大蒜切根作业质量要求。该文研究结果可为大蒜联合收获切根装置的设计提供参考。     

油菜集排器供种装置侧向倾斜排种性能试验与分析

针对油菜机械化播种中地表不平引起集排器供种装置倾斜，导致排种稳定性不足的问题，该研究以油菜集排器供种装置为对象，构建排种过程中侧向倾斜时种子与供种装置型孔间的力学模型，应用EDEM仿真开展供种装置侧向倾斜角度和供种装置转速对排种过程中型孔中的种子种量及种子运移轨迹影响的双因素试验。仿真结果表明：在0～5°范围内，沿播种机作业方向侧向倾斜角度逐渐增大时，充种、携种过程中倾斜一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均增加量在0%～36.55%内逐渐增加，另一侧型孔中的种子数量相对无倾斜状态时的平均减少量在0%～26.68%内逐渐增加。利用智能种植机械测试平台开展供种装置转速为20～40 r/min时不同侧向倾斜和摆动对供种装置排种性能影响的试验。结果表明：投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量与仿真试验中投种口Ⅰ、投种口Ⅱ排种量比值的平均误差为3.86%；随侧向倾斜、侧向摆动、侧向往复摆动角度的增加，总排种速率相对无倾斜状态时的增加量在0%～9.02%内逐渐增大；通过提高供种装置转速，可减少侧向倾斜和摆动对排种性能的影响。研究结果可为供种装置的结构改进和性能提升提供参考。     

矮砧密植苹果树连续开沟定距栽植机研制

针对现有果树栽植劳动强度大、株距控制精度低的现状,该文开展了基于标准化栽培模式的农机农艺融合技术研究,设计了矮砧密植苹果栽植机,解决了果树幼苗栽植作业中存在的机械化关键技术难题:连续宽深开沟、果苗直立栽植、株距精确控制。采用V型双圆盘开沟器实现连续宽深开沟;通过人工辅助喂苗、栅杆定位装置辅助定位、夹持输送装置扶苗、刮板式覆土器回土及橡胶镇压轮压实土壤等系列环节,完成果苗直立栽植;定距栽植控制装置通过光电传感器感应前一棵树苗位置后启动下一棵树苗夹持运行并完成栽植,实现了株距的精确控制。该机开沟深度为0～40 cm可调,开沟宽度为30～37 cm,作业速度为0.8～1.5 km/h。田间试验结果表明:该机工作稳定,栽植效果良好,平均栽植合格率为93.79%,平均栽植深度合格率为91.43%,平均株距变异系数为5.03%,栽植效率720株/h,是人工栽植效率的36倍,满足现代标准果园机械化生产要求。种植环节机械化的实现,可为后续管理环节及收获环节的机械化提供可行性保障。     

芦苇笋采收机研制

针对芦苇笋采摘无机械化采摘设备,人工采摘劳动强度大,作业环境泥泞,湿地行驶通过性和稳定性要求高等问题,该研究设计了一种自走式芦苇笋采收机。该机包括采摘装置、升举机构、收集装置、履带自行走底盘等部分,可实现满足农艺要求的芦苇笋自动化采摘和收集作业。整机由柴油机驱动,传动系统分为机械传动部分和液压传动部分,机械传动部分提供整机行走和收集纵向输送动力,液压传动部分提供采摘装置动力调整、横向收集调速和升举机构升降。首先,根据芦苇笋采摘掰扯受力特点设计了同步带牵引拖曳采摘装置,其俯仰角度0°～60°可调,前端最大离地高度600 mm,采收宽度876 mm;同时,根据通过性能和作业要求,采摘装置加装变幅升举机构,离地最大升举高度200 mm;之后,根据芦苇笋的生物特性设计了芦苇笋输送收集装置,纵向输送装置皮带速度为0.5 m/s,横向收集装置皮带速度为1m/s;最后,基于各个模块分布和传动关系,设计了履带自行走底盘,配套动力13.3kW。通过对整机动力和行驶性能进行分析计算,确定满负载动力需求,获得整机横、纵向极限倾角及横向滑移角。采摘试验表明,采摘机作业效果良好,采摘效率为71kg/h,损伤率为8%,漏采率7.6%;整机行驶性能稳定,行驶速度范围为0～9 km/h,采摘装置前端离地高度调节范围为0～638mm,可适应地势采摘芦苇笋;整机极限纵向俯角、仰角和横向倾翻角分别为50°、63°和45°,纵向极限滑移角和横向极限滑移角分别为42°和38°,湖区作业通过性和稳定性强。试验结果对自走式芦苇笋采收机的结构优化和智能化升级提供了可靠的技术支撑。