水稻株间除草装置设计

为了实现水稻株间除草作业,本文研制了立式水稻株间除草装置并进行三维建模,建立了除草装置运动学模型,对其运动轨迹进行分析,通过土槽台架试验对轨迹进行检测。田间试验表明,当除草装置旋转速度为72r/min,除草装置前进速度为0. 44m/s,除草齿入土深度为42mm时,水田株间除草装置性能最优,除草率为84. 5%,伤苗率为4. 2%,满足水稻机械除草农艺要求。     

基于稻田除草部件横向偏距视觉感知的对行控制系统设计与试验

目的 为使水稻机械除草部件作业时能避开秧苗、降低伤苗率,设计了一种基于机器视觉与比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制的避苗控制系统。方法 利用改进超绿算法对秧苗进行灰度化,运用图像投影法对感兴趣区域(Region of interest,ROI)内的秧苗进行特征提取及图像坐标定位,采用稳健回归算法拟合秧苗,得到苗带中心线,通过小孔成像模型转换,获得秧苗的地面坐标位置及除草部件中心与苗带中心线的距离。基于PID控制算法对液压纠偏系统进行控制,并应用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究。结果 系统可实现避苗作业,模型的稳态响应时间为0.34 s。系统性能对比试验的结果表明：避苗控制系统明显减少了除草部件的伤苗情况,平均伤苗率为3.75%;而没有避苗控制系统的情况下,平均伤苗率为24.88%。结论 本文设计的对行控制系统满足除草部件作业路径实时校正要求,可有效降低稻田机械除草的伤苗率。研究结果为水稻及其他作物的机械除草对行控制提供参考。     

水田株间立式除草装置除草机理与试验研究

为提高水田机械除草作业质量,以株间立式除草装置为研究载体,阐述主要结构及工作原理,分析压埋式除草机理,建立除草运动学与动力学模型。为提高除草部件作业性能,确定最佳工作参数,以除草弹齿旋转速度、机具前进速度及弹齿入土深度为试验因素,株间除草率及伤苗率为试验指标进行二次回归正交旋转组合设计试验,分析不同工作参数下除草性能规律,运用Design-Expert 6.0.10软件处理试验数据,建立因素与指标间数学模型以进一步优化。结果表明,除草弹齿旋转速度69.3 r·min~(-1),机具前进速度0.44 m·s~(-1),弹齿入土深度38 mm时,机具除草性能质量最优,除草率81.5%,伤苗率4.6%,满足机械除草农艺要求。     

水平圆盘式苗间松土除草装置的设计与试验

针对机械除草过程中作物苗间与秧苗附近杂草较难铲除以及伤苗严重和除草率低等问题,设计了一种苗间机械松土除草装置。文章简述了该装置的结构、工作原理和关键部件的设计,分析并确定了松土除草装置和单体仿形机构的结构参数。田间试验结果表明,苗间除草率≥78.1%,伤苗率≤5%,达到了设计和相关标准要求。     

摆动型水田株间除草装置设计与试验

针对水田株间除草装置伤苗率高、除草率低等问题,设计一种摆动型水田株间除草装置。阐述该装置的整体结构与工作原理,对其关键部件——偏心轮机构和除草弹齿进行理论分析与结构设计,结合弹齿往复开合运动与水稻种植农艺,分析除草弹齿运动过程与避苗系统工作机理。运用ADAMS软件,以机具前进速度和偏心轮转速为试验因素、覆盖率和入侵率为评价指标,采用2因素5水平二次回归正交旋转组合试验方法进行虚拟仿真试验。仿真结果表明:机具前进速度与偏心轮转速对覆盖率和入侵率有极显著(P<0.01)影响,机具前进速度为除草装置工作性能的主要影响因素,当机具前进速度为266.12 mm·s^-1、偏心轮转速为3.97 r·s^-1时,除草装置作业性能最优,覆盖率为85.70%,入侵率为5.62%。田间试验结果表明:当机具前进速度为270 mm·s^-1、偏心轮转速为4 r·s^-1时,除草装置的除草率为82.5%,伤苗率为5.1%,与仿真试验结果大体一致,所设计的除草装置能够满足水田株间除草农艺要求。     

施硅对水稻幼苗吸收锌、铜的影响

目的 研究不同硅(Si)肥水平下水稻幼苗的生长状况及锌(Zn)、铜(Cu)的吸收和转运情况。方法 试验以水稻‘皖稻71号’为材料,通过水培方式,设置硅肥(以SiO₂计)水平分别为0(对照,CK)、30、60、90、120和150 mg·L^-1共6个处理,研究不同Si肥水平处理下水稻幼苗的生物量、Zn和Cu含量及积累状况。结果 施用Si肥后,水稻幼苗叶片数、株高和根长均高于对照,水稻地上部和根部生物量(鲜质量)分别增加5.44%~52.81%和4.83%~42.49%,叶片数、株高、根长和地上部生物量均在90 mg·L^-1 SiO₂处理达到最高值。施Si处理的水稻幼苗根部Zn净吸收量提高了5.79%~77.43%,Cu净吸收量提高了6.51%~44.96%。60和90 mg·L^-1 SiO₂处理的Zn转运系数较对照分别提高10.91%和38.18%,Cu转运系数较对照分别提高8.70%和26.09%。水稻地上部Zn、Cu含量随着Si肥水平的提高而增加,90 mg·L^-1 SiO₂处理达到峰值,之后随Si肥水平的增加开始出现下降的趋势。结论 综合考虑水稻生长指标、生物量和对Zn、Cu的吸收等因素,本研究中90 mg·L^-1 SiO₂处理是微量营养元素Zn、Cu吸收的最佳施用Si肥水平。     

香蕉假茎自动对靶精准施肥装置的设计与试验

目的 针对华南地区蕉园施肥模式不能满足农艺要求、施肥效率低以及施肥机械自动化程度低等问题,设计一种香蕉假茎自动对靶精准施肥装置。方法 根据蕉园实际沟施过程和农艺要求,确定装置的控制原理和关键部件的安装位置,并基于此建立施肥时间滞后模型;对外槽轮排肥器结构进行创新设计,建立排肥机构单圈排肥量和周期排肥量的数学模型,并通过EDEM仿真对肥料运动特性进行验证。采用响应曲面优化方法对排肥机构的工作参数进行优化,满足香蕉在不同生长时期的需肥要求,并以施肥量变异系数、施肥长度变异系数和假茎中心偏移距离为评价指标,进行最优参数组合下的田间试验,进一步验证精准施肥装置的工作性能。结果 确定排肥机构最优工作参数为：排肥轴转速85 r/min,槽轮内芯初始有效工作长度6 mm。田间试验结果表明,施肥量变异系数和施肥长度变异系数均小于4%,假茎中心偏移距离平均值最高为7.4 cm,满足农艺要求。结论 该施肥装置工作性能可满足香蕉施肥要求,本研究可为蕉园精准施肥装置的设计提供参考。     

M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

目的 研究多旋翼植保无人机减量施药对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响,促进水稻减量施药技术发展。方法 采用M45多旋翼植保无人机开展水稻施药田间试验,选取15.0和22.5 L/hm² 的施药液量,以及人工施药推荐剂量100%、90%、80%的3种减量农药剂量,研究不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响。结果 水稻冠层上部的雾滴沉积量明显优于冠层下部,2种施药液量以及3种减量农药剂量对雾滴沉积量的影响不显著;施药1周后稻飞虱数量显著减少。在相同施药液量条件下,减量农药剂量的变化对稻飞虱防治效果影响不明显。80%的农药剂量能满足稻飞虱防治要求。结论 无人机水稻施药作业中可选择80%的农药剂量进行减量施药。本研究可为水稻减量施药、减少水稻植保作业成本提供有益参考。     

株间除草装置的除草和避苗状态切换控制系统设计

基于除草爪齿余摆运动的株间除草装置利用除草轨道和避苗轨道实现除草爪齿爪尖的除草和避苗两种运动。为保证除草效果和低伤苗率,要求除草爪齿在除草和避苗两种工作状态之间的切换快速、稳定。利用双向转角电磁铁控制引导式轨道切换机构自动切换,采用两个限位传感器检测引导换轨机构是否切换至目标位置和监测引导换轨机构是否受外力被迫运动离开目标位置,并及时控制纠正。引导式换轨控制系统性能试验结果表明:当引导式切换机构碰撞到沿轨滚动轴承时所需时间明显长于无阻挡时所需时间,当有阻挡时旋转角速度越快所需时间越小;引导换轨机构10ms内可完成切换动作,且从除草轨道转动至避苗轨道所需时间和从避苗轨道转动至除草轨道所需要的时间基本相同;旋转角速度为1.257~10.573rad·s-1时,除草爪齿的除草状态和避苗状态相互切换稳定可靠,可满足株间除草要求。     

天然草场机械化补播改良模式的试验研究

3年的田间试验结果表明,翻耕25cm播种的土壤含水量较对照高5.5%、9.8%和26.4%,土壤蓄水量增加53.6%、76.4%和107.3%,可提高田间出苗密度平均为392株/m_²,高于其他2个处理的21.4%和32.4%,越冬率达76.8%,高于其他2个处理的11.6%%和23.4%,平均盖度达49.6%,高于其他2个处理分别提高11.3%和18.7%,生物量(鲜重)达1321.5kg/hm_²,较其他2个处理分别增加112.7kg/hm_²和210.6kg/hm_²,较对照增加450.3kg/hm_²,草场等级也由3等7级提高到2等8级。     

水田行间除草装置的设计与试验

设计了一种水田行间除草装置,并详述了该装置结构和工作原理。在秧苗插秧后第7天时进行除草试验,采用Box-Behnken设计试验方法,利用Design-expert软件对试验数据进行处理与分析,获得了轮齿个数、除草深度和轮齿倾斜角度之间交互作用对除草率的影响,并优化得到工作参数范围。最终确定插秧后第7天作业时除草装置的最佳工作参数为轮齿个数12、除草深度42 mm和倾斜角度8°,此时除草率为68.7%。经过整机试验证明,行间除草装置为整机的研究提供了一个行之有效的除草部件。     

蔬菜移栽机可调式喂苗装置设计与试验

【目的】为扩大移栽机适用性,实现对多种规格蔬菜穴盘苗的自动取喂苗作业,本文设计了一款蔬菜移栽机可调式喂苗装置。【方法】设计了带有可调节取喂苗爪的取喂苗臂,优化了喂苗爪的相关参数,并进行了运动学分析。通过调节取喂苗臂上的取喂苗爪数量及间距,选择不同的PLC控制程序,可以配套使用不同穴孔数的穴盘。通过对取喂苗工作过程分析,综合考虑影响喂苗成功率的关键性因素,以苗坨含水率、穴盘苗苗高、苗针入土深度为试验参数,选取72、105、128穴规格的生菜穴盘苗为试验对象,进行单因素试验和多因素正交试验,探究各因素对喂苗成功率的影响。【结果】当穴盘苗基质含水率(w)为40%、苗高为50 mm、入土深度为38 mm时,可调式喂苗装置的喂苗成功率最高,72、105、128穴生菜穴盘的喂苗成功率分别为95.83%、96.19%和96.48%。【结论】可调式喂苗装置设计符合蔬菜移栽机取喂苗的技术要求,移栽效果较好,可为通用全自动蔬菜移栽机的研制与开发提供参考。     

三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验

【目的】为提高三七育苗品质,针对槽式三七育苗播种行株距小、播深浅的特殊农艺要求,设计一种集覆土、镇压功能为一体的密集型种沟覆土镇压装置。【方法】在田间试验确定三七出苗率高、种苗品级最佳的基质紧实度范围的基础上,对镇压辊与土壤接触进行动力学分析,确定覆土镇压装置相关参数;借助离散元法对覆土镇压过程进行仿真分析;以开沟深度、播种机前进速度为试验因素,以覆土厚度及一致性为试验指标进行土槽试验,验证覆土镇压装置相关结构参数是否满足要求。【结果】由田间试验得到基质紧实度范围为200～400 kPa。覆土镇压装置结构参数为:镇压轮直径150 mm、弹簧最大刚度140.5 N/mm。由仿真分析得到覆土厚度为9.77～11.40 mm,粒距偏移量为0.07～6.23 mm,行距偏移量为0.03～1.43 mm。土槽试验结果表明,最优工作参数为:开沟深度为25 mm、播种机前进速度为0.16 m/s,此时覆土厚度均值为11 mm、覆土厚度一致性为85.15%,覆土镇压后基质紧实度为300～360 kPa。【结论】由仿真分析和土槽试验可知,覆土镇压装置设计满足三七育苗播种时基质紧实度和覆土厚度的农艺要求,...     

水田高地隙喷雾机轮履复合动力底盘的设计与试验

【目的】探讨水田高地隙喷雾机轮履复合动力底盘结构可行性,解决现有水田喷雾机陷深大、田间行驶通过性差等问题,满足南方地区水稻种植模式和农艺要求。【方法】对动力底盘的转向及行驶性能进行理论分析,对履带与轮式行走装置的关键部件以及整机传动系统进行设计,应用有限元软件在静态负载工况下对履带梯形支架进行分析,得到满载状态下履带行走装置的载荷分布和薄弱部位,根据分析结果对行走装置进行优化。【结果】确定底盘离地间隙950 mm,履带宽20mm。在静态满载工况下,履带梯形支架所受最大应力发生在轮毂连接处,为128.87MPa;最大位移量发生在承重轮连接处,为1.05 mm;满足强度性能要求。田间试验结果表明:行驶速度1～3 km/h,水田行驶最小转弯半径3 380 mm,前轮陷深115 mm、后履陷深63 mm。【结论】轮履复合动力底盘结构具有可行性,整机工作性能满足水田作业要求,本研究结果对研发新型水田高地隙喷雾机具有一定参考价值。     

油菜纸钵苗移栽机气动插入式取苗过程分析与试验

设计一种油菜纸钵苗移栽机气动插入式取苗装置,构建取苗过程的力学模型,通过取苗各阶段的关键参数优选试验,获得取苗装置最优参数组合。选择倒四棱台形纸钵,并设计一种双针插入式取苗末端执行器,根据取苗针间距要求确定取苗执行气缸型号为MHS4-20D。气动取苗过程分为取苗阶段、送苗阶段和脱苗阶段,各阶段力学分析与参数优选试验表明,取苗针与苗钵基质间摩擦力不小于3.67 N、苗钵脱落高度低于380mm时取苗装置可有效实施取苗功能。台架试验表明,当取苗针为直径4mm不锈钢、插入苗钵基质深度20mm、脱苗高度340mm时,取苗成功率达92%。田间试验结果表明,气动插入式取苗装置取苗效果满足钵苗移栽机技术要求。     

预切种式甘蔗种植机的设计与试验

【目的】研制一种预切种式甘蔗种植一体机,以便连续完成开沟、施肥、排放种苗、覆土、盖膜等一次性作业。【方法】利用有限元分析软件ANSYS对甘蔗种植机的机架进行模态分析,通过田间试验获取3种开沟犁的犁沟土壤扰动指数;设计液压传动系统、播种机构、开沟覆土装置、施肥机构和覆膜机构,并通过田间试验获得甘蔗种植机的种植深度合格率、覆土厚度合格率、种植密度、伤芽率、漏株率、施肥量稳定性变异系数、地膜破损率等。【结果】模拟结果表明当激励频率为134.47～514.35 Hz时,机架容易发生共振,且最大位移可达19.67 mm。田间试验表明凸线型开沟犁的土壤扰动指数为17.05,最大沟深可达19.13 cm,符合甘蔗种植沟深的标准。甘蔗种植深度合格率为83%,覆土厚度合格率为91%,种植密度为135 331 hm~(-2),伤芽率为4.7%,漏株率为4.5%,施肥量稳定性变异系数为6.1%,地膜破损率为51%,均符合甘蔗种植机的设计标准。【结论】该小型预切种式甘蔗种植一体机符合设计要求,能够显著提高甘蔗种植的效率。     

玉米穴施肥装置的设计与仿真

针对玉米施肥利用率低的问题,设计了一款穴施肥装置。首先阐述了装置的工作原理,再利用Matlab软件建立数学模型,之后将得到的各部件尺寸的数值在Catia软件中进行三维建模,构建基于Adams软件平台下的运动学模型及基于Abaqus的多体动力学穴施机-土壤有限元模型。结果表明,入土机构能等穴施间距施肥,并通过田间试验验证,平均施肥深度为86.3 mm,施肥深度合格率83%,均符合技术要求。本研究提供一种减少机械与土壤阻力的穴施机构设计,为同类机具的研究提供了参考。     

铲筛式农田石块捡拾收集机仿真与试验

针对农田表层土壤中含有较多石块容易造成水土肥流失,影响作物生长以及降低触土农业机械使用寿命的问题,设计一种铲筛式农田石块捡拾收集机,捡拾并收集土壤表层0~350 mm深度范围内的石块,应用离散元法和田间试验对机具工作参数进行优化。采用EDEM软件对输送分离筛与石土混合物的相互作用过程进行数值模拟,设计Box-Behnken仿真试验研究输送分离筛的3个工作参数(线速度、振幅和振频)对石土筛分、输送过程的影响,并以收集箱内石土混合物的含土率为评价指标,对输送分离筛的工作参数进行优化;以仿真优化的工作参数进行田间试验,验证机具的作业性能,并将仿真优化结果与田间试验结果进行比较。结果表明:1)振幅、线速度和振频对含土率影响显著,含土率随线速度增大而增大,随振幅和振频增大而减小,线速度与振幅对含土率具有显著的交互影响作用,三者对含土率的影响依次减弱;最优参数组合为,线速度1.6 m/s、振幅35.5 mm、振频10.67 Hz,该条件下仿真试验的含土率为7.17%;2)最优参数组合下田间试验的含土率为10.73%,与同条件下仿真试验结果差异较小,说明仿真优化的工作参数准确、可靠;田间试验的石块漏捡率为4.86%,符合相关标准的规定。