无线局域网络技术在田间秸秆粉碎功耗测试中的应用

将无线局域网络技术引入玉米秸秆粉碎机的田间粉碎测试中,实现了对玉米秸秆田间粉碎功耗的无线遥测,田间测试试验证明该无线局域网络测试系统安全方便.同时通过回归正交试验方法获得当机车前进速度为2.9 km/h,刀辊转速为597 r/min时.秸秆粉碎性能最佳工作指标为粉碎功耗2.98 kW,粉碎合格率90.017%.     

新型玉米秸秆切碎灭茬机功耗的试验

新型玉米秸秆切碎灭茬机采用动刀配合定刀切茬的工作原理,降低了功率消耗.为此,采用无线,局域网技术对其田间实际工作的功率消耗进行了测试.通过正交试验的方法,分析了该机功耗的影响因素.研究结果表明:在试验范围内机组前进速度、刀辊转速对功耗影响显著,动刀倾角对功耗影响不显著,并且得到了较优的参数组合.     

旋转耕作部件性能测试试验台设计与应用

针对现有室内土槽测控方式落后、旋耕刀辊更换不便,以及田间试验的土壤环境因素不可控等问题,提出了一种用于旋转耕作部件性能测试的专用智能化测试试验台,阐述了其设计原理及测控方式。试验台由测试台车及轨道系统构成,测试台车集旋耕、土壤平整、土壤压实、耕深调节功能于一体,功能相对独立,能够实现刀辊快速更换;轨道系统由多段拼装而成,长度可扩展,高度可调节,位置可移动。测试台车行走、旋耕作业及耕作深度调节均采用电力拖动方式;控制系统以PLC为核心,借助无线射频LoRa通信控制技术,实现无线控制输入;通过调试,测试台车可实现0～1. 17 m/s前进速度、0～340 r/min旋耕转速及0～30 cm耕作深度的稳定无级调节。测试系统集前进速度、刀辊扭矩、刀辊转速、刀辊功耗等多参数测试于一体,通道可扩展,同时采用无线数据传输方式,传感器数据与计算机之间采用无线连接。应用该试验台开展了旋耕刀辊功耗试验,以前进速度、刀辊转速及耕作深度为因素,以功耗为指标,对普通旋耕刀辊开展了三元二次旋转正交组合试验;以螺旋横刀刀宽、安装角为因素,以功耗为指标,对组合旋耕刀辊进行了试验。试验表明,所设计的旋转耕作部件性能测试试验台满足多因素多水平的测试需求,验证了该试验台对不同旋转耕作部件的良好适应性。     

基于有效落种空间的甘蔗横向种植机开沟器设计与试验

针对甘蔗横向种植对落种质量要求高的问题,基于有效落种空间形成条件,设计了一种组合式甘蔗横向种植开沟器,主要由防漏犁、旋耕部件和开沟犁构成。通过分析落种运动与土壤运动规律,确定影响落种效果的因素以及各关键部件的结构参数。以旋耕转速、工作深度和前进速度为试验因素,以有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力为试验指标开展田间正交试验,探究作业参数对开沟器性能的影响规律。试验结果表明,工作深度对有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力有极显著影响;旋耕转速对旋耕功耗有极显著影响;前进速度对旋耕功耗有显著性影响。使用较优作业参数组合进行验证性试验的结果表明,在旋耕转速为200 r/min、工作深度为30 cm和前进速度为1.20 m/s时,有效落种深度为29.9 cm,落种深度稳定性系数为97.6%,覆土厚度为8.8 cm,浮土厚度为3.4 cm,旋耕功耗为34.0 kW,单侧开沟阻力为14.1 kN,开沟器性能指标满足甘蔗横向种植的落种要求。     

基于多体动力学的秸秆还田机虚拟仿真与功耗测试

针对目前秸秆还田机功耗测试难的问题,提出了利用虚拟测试平台评估还田机功耗的方法。首先建立秸秆还田机Abaqus动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟刀具在入土深度120 mm和90 mm、机具前进速度3 km/h和5 km/h、刀轴旋转速度260 r/min和230 r/min下的工况,对秸秆还田机的功率消耗进行了虚拟仿真;然后构建了田间功耗测试系统,通过对比仿真数据得知相对误差分别为9.06%和8.02%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种入土深度、2种前进速度、3种旋转速度因素组成18种工况,对其进行了仿真分析,结果表明:入土深度一定时,秸秆还田机功耗分别和前进速度、旋转速度呈线性递增关系;在入土深度和前进速度一定时,刀轴转速存在消耗功耗最低的转速,特别是在入土深度和前进速度较大时,刀轴转速对能耗影响明显。     

切纵流联合收获机田间小麦收获最优路径与速度试验

为研究切纵流联合收获机田间小麦收获时的最优行走路径和最佳前进速度,分析了割台宽度为4.75m的切纵流联合收获机在田间收获小麦时的3种典型路径,并从收获拐弯换向耗时最小的角度进行了理论推导,在田间进行前进速度与籽粒总损失速率之间的试验并建立数学模型,在室内依据等效喂入量进行前进速度与脱粒分离总功耗之间的试验并建立数学模型,得出最佳前进速度的数学模型。结果表明,切纵流联合收获机在田间应采用回转式收获路径,当前进速度为小于等于1.0m/s时,等效喂入量为小于等于7.79kg/s,籽粒总损失速率为小于等于19.33g/s,籽粒总损失率为小于等于0.609%,切纵流脱粒分离部分总功耗为小于等于83.94kW。     

玉米秸秆田间粉碎性能试验研究

为了弄清玉米秸秆田间粉碎时机车前进速度、粉碎刀具转速对秸秆粉碎功耗和粉碎合格率的影响,运用二次回归正交试验对田间玉米秸秆粉碎性能进行研究。田间试验发现:当玉米秸秆粉碎刀具转速从540r/min逐渐上升至630r/min时,秸秆粉碎合格率和粉碎功耗随着粉碎刀具转速的升高而升高;当机车前进速度由2.9km/h上升至3.16km/h时,粉碎功耗随着前进速度的增加而升高,但粉碎合格率则随着前进速度的增加而减小。同时,通过参数优化获得:当机车前进速度为2.9km/h、刀辊转速为597r/min时,得到秸秆粉碎性能最佳工作指标,即粉碎功耗为2.98kW,粉碎合格率为90.02%。     

开沟机作业功耗的正交试验分析及其优化设计

为了研究各种因素作用对开沟机作业功耗的影响规律,并实现对开沟机作业功耗的优化设计,根据传统经验和已有研究结果,对影响开沟作业功耗的主要因素——开沟深度、前进速度和土壤坚实度进行设计并实施了正交试验,再根据试验结果进行了影响作用的极差分析和方差分析,得出各个因素影响的主次顺序依次为：开沟深度〉土壤坚实度〉前进速度,根据正交试验结果,采用二阶响应面法建立了开沟机作业功耗的优化模型,并将实测试验数据代入到模型中,从而在试验中加以计算验证.试验结果表明：功耗响应面模型的计算值与试验值的误差在10%以内,这说明建立的功耗优化模型具有较高的工程实用性,可为开沟机产品设计人员选择节省功耗的参数组合和操作人员选择功耗匹配的拖拉机提供理论依据.     

悬挂式水田单侧修筑埂机数值模拟分析与性能优化

为提高水田机械田埂修筑质量,探索各工作参数对悬挂式水田单侧修筑埂机作业性能的影响,依据离散元法建立机械部件-土壤间作用模型,运用EDEM软件对机具旋耕切削集土和镇压筑埂成型阶段进行仿真分析,研究机具作业质量和功耗的动态变化规律,分析影响筑埂性能的主要因素。结合正交试验设计和数值模拟技术,以机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度为试验因素,田埂坚实度和作业功耗为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。结果表明,影响机具综合作业性能的主次因素为机具前进速度、旋耕入土深度、旋耕工作转速;当机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度分别为0.3 m/s、470 r/min和200 mm时,机具作业性能较理想,田埂坚实度和作业功耗分别为1 890.0 kPa和30.07 kW,其功耗较优化前降低9.93 kW。经土槽台架试验验证,台架试验结果与仿真优化结果基本一致,田埂坚实度和作业功耗相对误差分别为4.26%和5.11%,满足水田修筑埂农艺要求。     

船式旋耕埋草机螺旋刀辊作业功耗试验

基于LabView软件平台开发了功耗测试系统。采用相位差原理,对船式旋耕埋草机的螺旋刀辊进行了中稻收获后的水田适度耕整与秸秆埋覆还田功耗试验。在功率测试平台上对测试系统进行了标定,结果显示系统测量误差在5%以内。在田间对螺旋刀辊作业功耗进行了实时检测,通过分析各因素对功率消耗的影响,得到了船式旋耕埋草机较优作业模式：实行2次耕整,刀辊转速310r/min,其中第1次作业耕深55mm,其平均作业功耗为7.13kW,第2次作业耕深达到110mm,其平均作业功耗为7.59kW,两次耕整后秸秆埋覆率达到95%以上。     

水稻秸秆双轴深埋还田机设计与试验

针对北方寒地稻田在秸秆还田作业时,传统单轴机具难以适应覆有大量秸秆的湿黏土壤条件,作业质量难以满足实际作业需求的问题,设计了一种前轴正旋、后轴反旋的新型水稻秸秆双轴深埋还田机。结合实际农艺要求及土壤运动过程确定前后刀轴中心水平距离650 mm、竖直距离100 mm,并对整机进行配置。运用EDEM仿真软件模拟还田机工作过程,以前进速度、前轴转速、后轴转速为试验因素,以秸秆还田率和机具功耗为评价指标进行正交试验,建立秸秆还田率及机具功耗回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合,根据仿真优化结果及实际加工需求确定最优工作参数为：前进速度1.5 km/h、前轴转速274.2 r/min、后轴转速219.4 r/min,为后续田间试验提供理论支撑。田间试验结果表明,在留茬高度为15～20 cm、地表秸秆覆盖量为468～578 g/m²、拖拉机前进作业速度为低速1挡(1.5 km/h)时,水稻秸秆双轴深埋还田机还田率为88.7%～91.2%、地面平整度为1.8～2.4 cm、碎土率为97.7%～98.8%、耕深为16.6～19.5 cm,各项指标均满足...     

倒V型稻田株间除草装置虚拟仿真及验证

针对现有稻田株间除草装置除草率低、伤苗率高的问题，对已设计的倒V型稻田株间除草装置进行有限元虚拟仿真。采用ALE多物质单元体算法建立土壤—水耦合模型，运用罚函数法，对除草爪与土壤—水模型进行流固耦合。采用二次正交旋转组合试验设计方法选取机器前进速度、除草爪转速与水层厚度进行虚拟仿真试验与分析，得到各因素及其一级交互作用对除草爪与土壤—水模型扰动率的影响规律，影响扰动率因素为除草爪转速>水层厚度>机器前进速度。通过对虚拟仿真试验结果进行优化设计，得到倒V型株间除草装置最佳因素参数组合为机器前进速度为053 m/s，除草爪转速为180 r/min，水层厚度为0.01 m。通过对仿真优化设计结果室内试验验证可知，倒V型稻田株间除草装置在最佳因素参数组合下进行除草作业平均除草率85.04%、平均伤苗率3.62%，满足稻田机械株间除草农艺要求。     

锤片式揉碎机气流场数值模拟与试验

为研究揉碎机锤片结构参数与揉碎效率之间的关系,实现高效能揉碎,从空气动力学角度出发,分析在T型结构锤片的激励下,揉碎机内腔气流场结构与物料运动之间的关系。运用计算流体动力学（CFD）技术,分析揉碎机内腔气流场的压力场分布形态和速度场分布形态。模拟结果表明：揉碎机内腔气流轴向速度梯度较大,环流层的悬浮输送特性有利于物料充分揉搓和输送,整个揉碎室内从入料口到出料口轴向气流速度逐渐变大,流场速度梯度明显。设计验证试验,对模拟所得的风速与试验测得的值相比较,结果表明,仿真值与试验值变化趋势基本一致,二者最大相对误差为8%。     

水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

基于圆盘式切割器的木薯茎秆切割试验研究

以收获期木薯茎秆为研究对象,在自行研发的切割试验台上进行木薯茎秆切割试验,通过对刀片刃角、刀盘倾角、切割角、刀盘转速、机器前进速度等因素对最大切割力及功耗等指标进行单因素、多因素试验。试验结果表明:刀片数量对茎秆切割影响不大;最大切割力与刀片刃角、刀盘倾角、切割角、刀盘转速及机器前进速度相关;随着刀片刃角、切割角及机器前进速度的增大,最大切割力增大;随着刀盘倾角及刀盘转速的增大,最大切割力呈减小趋势。     

水田植保机自主作业滑模抗干扰路径跟踪方法

为解决无人化水田植保机在田间作业时上线速度慢、精度不高和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于快速幂次趋近律和全局滑模控制的水田植保机路径跟踪控制方法。首先建立了含有滑移干扰项和航向角干扰项的水田植保机四轮异相位转向运动学模型,提出了一种基于全局滑模控制和快速幂次趋近律的直线作业跟踪转向控制算法,解决了滑模控制算法的抖振和趋近模态对干扰敏感的问题,使用Lyapunov判据检验了算法的收敛性。使用Matlab建立了仿真模型,对算法进行了仿真,相比基于指数趋近律和等速趋近律的滑模控制算法,本文算法的快速性更好。实际作业实验结果表明,该方法直线跟踪横向偏差绝对值最大为0.0778m,能够有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。     

基于离散元的双轴旋耕机功耗预测模型

针对双轴旋耕机结构参数复杂、功耗高，受耕作时节限制，难以用田间试验的方法进行减阻降耗研究的问题。基于离散元法，构建双轴旋耕-秸秆-土壤耕作模型，研究了双轴配置参数对功耗的影响，通过响应面试验分析，建立了功耗的数学预测模型。模型优化的结果表明，当前后刀轴回转半径均为195mm，后轴相对于前轴垂直距离为99.8mm，前后轴回转圆水平距离为100.6mm，获得的功耗最小为9.018kW。为了验证功耗模型的准确性，在固定工作参数下，进行了原尺度整机仿真试验和田间试验。试验结果表明：真实原尺度旋耕机的田间试验功耗与整机仿真值误差均值为9.5%，范围为5.8%~13.4%，结合响应面分析说明功耗数学预测模型较为准确，表明旋耕机刀组在缩放过程中误差变化较小，模型能够准确反映双轴配置参数对双轴旋耕机在稻茬田地作业功耗的影响。     

基于数值模拟的水田刀片切泥制浆功率损耗分析

针对水稻稀泥育秧制浆机刀片切割泥浆过程中的功率损耗问题,运用Box-Benhnken design(BBD)中心组合方法对水田刀片参数进行了试验研究。根据折弯角、折弯高度、副刀角度3因素进行正交试验设计,建立3维响应面模型,分析了各因素对功率损耗的影响;同时采用数值模拟对水田刀片切割泥浆的作业过程进行仿真,并与泥浆槽实验结果对比分析。研究结果表明:①功率损耗影响显著性顺序为折弯高度>折弯角>副刀角度,其对功率损耗的贡献率分别为2.35、2.26、1.46;②在研究范围内,折弯角越大、折弯高度越小、副刀角度越小,越能够节省功率损耗;③泥浆槽试验与计算流体动力学商用软件模拟的均值误差为7.44%。