油菜联合收获机含杂率在线检测系统设计与试验

针对目前油菜联合收获机含杂率检测主要依靠人工、效率低、实时性差、收获机作业参数调控缺乏依据、收获质量波动大等问题,设计导流式含杂率检测装置,提出油菜杂质视觉识别算法,开发含杂率在线检测系统。基于HSV颜色空间模型,探究导流式含杂率检测装置中单侧条形光源、双侧条形光源和中心环形光源下油菜图像的亮度分布规律,结果表明中心环形光源下图像各像素点的亮度变异系数最小,图像亮度均匀性最好。对比分析含杂油菜图像在HSV颜色空间模型中前三阶像素矩阵各颜色特征参数的分布区间,结果表明油菜籽粒、杂质在H分量中的特征参数范围差异性最显著,并结合油菜籽粒、杂质的圆形度特征,提出综合考虑颜色、形态特征的油菜杂质分割算法。通过标定试验建立油菜籽粒、杂质质量与其像素数的拟合模型,将油菜籽粒和杂质的像素数转换为实际质量,实现油菜含杂率在线检测。台架试验表明,油菜杂质的查准率为91.6%,查全率为89.5%,含杂率检测平均误差为14.8%,能够准确识别油菜籽粒中的杂质并实时计算含杂率。     

稻麦联合收割机降尘系统的设计与试验

稻麦联合收割机作业过程产生粉尘,影响操作者身体健康,同时造成环境污染。为了解粉尘产生状况及成分特性,该研究进行了稻麦联合收割机作业粉尘检测试验。在此试验基础上,设计了一种负压吸尘、滤筒集尘的稻麦联合收割机机载式降尘系统。该系统利用现有稻麦联合收割机动力,可随时更改风机工作参数,以满足多种田间工作条件。通过理论分析确定影响降尘系统工作效率的主要因素为收割机速度、风机转速和环境湿度,试验指标为割台、尾部降尘系统效率,开展三因素三水平试验,构建各因素和试验指标之间的数学回归模型。拟合和优化分析所得试验结果,得到最优参数组合为:收割机速度3.73 km/h,风机转速3 507 r/min,环境湿度56%,此时,割台降尘系统效率为76.8%,尾部降尘系统效率为79.6%,对最优工作参数进行试验验证,验证优化最佳参数组合可行性,降尘系统在较难工作条件下满足降尘要求的最低风机转速为3 332 r/min。该研究可为收割机降尘系统的设计提供依据。     

油菜收获清选筛面物料匀散导流装置设计与试验

针对长江流域油菜主产区普遍使用的履带式油菜联合收获机进行高密高产油菜收获时清选筛面脱出物易堆积,影响油菜籽粒透筛,导致清选损失率高和作业效率低的问题,通过分析清选过程中物料抛散运动规律,设计了筛面物料匀散导流装置,确定了影响清选系统作业性能的装置关键结构与作业参数。构建了清选系统CFD-DEM耦合仿真分析模型,采用二次回归正交组合试验方法,探究了导流杆摆动频率、导流杆转速、驱动关节滑槽倾角对清选损失率、清选含杂率的影响,确定了最优参数组合。仿真试验结果表明,各因素对损失率和含杂率均具有显著影响,其中以导流杆摆动频率影响最显著,最优参数组合为导流杆摆动频率12.5Hz、导流杆转速120r/min、滑槽倾角20°。基于优化后的参数进行台架试验,结果表明,在相同的大喂入量条件下,增设筛面匀散导流装置后清选损失率为3.97%,含杂率3.71%,对比原清选系统损失率降低49.8%,含杂率降低34.7%,能够满足高密高产油菜的低损高效清选作业要求。     

农田土壤中生物质炭的老化及其对有机污染物吸附-解吸影响的研究进展

生物质炭独特的表面性质、形貌结构及丰富而离散的孔隙系统使其对有机污染物具有良好的持留与吸附作用,可望用于土壤污染控制与修复。在田间条件下,进入土壤的生物质炭自身不稳定组分会发生转化、淋溶,并与土壤发生相互作用出现老化现象,导致生物质炭的化学与物理性质发生显著变化。生物质炭在土壤中的老化过程具有复杂性和多样性,主要包括:生物质炭化学性质的变化,如无机元素的流失、表面官能团组成的变化以及部分矿化反应;生物质炭物理性质的改变,主要是土壤有机质和矿物质对生物质炭的包覆作用造成生物质炭的孔隙特征发生改变。生物质炭在土壤中的老化可能会导致有机污染物的吸附-解吸行为发生改变,且受土壤、生物质炭以及污染物性质的影响较大。本文综述了生物质炭在农田土壤中的老化机理及主要影响因素研究方面的进展,总结了生物质炭在土壤中的老化对有机污染物吸附-解吸行为的影响,提出了尚待解决的相关前沿科学问题。     

油菜联合收获机种子籽粒脱粒装置结构及运行参数优化

为探究油菜联合收获机脱粒系统对油菜籽粒的收获效果,寻求较优的脱粒装置结构及运行参数,以喂入量、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速和脱粒元件型式种类为影响因素,油菜种子籽粒发芽率、脱粒损失为评价指标,开展油菜联合收获脱粒试验、发芽率试验及无损伤籽粒发芽率对比试验,探究了联合收获油菜籽粒的脱粒损伤机理。结果表明:影响油菜种子籽粒脱粒损伤的主次因素依次为脱粒元件型式、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速、喂入量;所选因素水平下,综合考虑脱粒损伤及损失,采用喂入量3.2 kg/s、脱粒滚筒间隙9 mm、脱粒滚筒转速856 r/min、全钉齿时为较优组合。分析表明:联合收获脱粒会对油菜种子籽粒造成损伤,影响脱粒损伤的直接因素为种子籽粒在滚筒内受打击次数及打击力大小;通过调整脱粒系统结构及运行参数,能够显著降低油菜的脱粒损伤及损失,本文为脱粒装置结构及运行参数的优化提供参考。     

齿带式油菜捡拾器仿形减振装置设计与试验

针对现有油菜捡拾器在复杂田块作业时作业稳定性低的问题，设计了一种用于铰接式齿带捡拾器的地面仿形减振装置。通过建立仿形减振系统动力学模型，确定了影响地面仿形稳定性的关键结构与作业参数。以仿形弹簧刚度、系统阻尼比和捡拾器前进速度为试验因素，以铰接点处的峰值角度均差和仿形稳定性变异系数为评价指标，进行了基于响应面法的三因素三水平Box-Benhnken组合试验，得到影响峰值角度均差的因素影响力由大到小依次为阻尼比、弹簧刚度、前进速度，影响仿形稳定性变异系数的因素影响力由大到小依次为前进速度、弹簧刚度、阻尼比。通过软件寻优得到角度均差和仿形稳定性变异系数最小条件下的最佳参数组合为：弹簧刚度9.7N/mm、阻尼比0.38、前进速度0.95m/s，对应的理论角度均差为2.3°、仿形稳定性变异系数为6.2%。田间对比试验表明，挂接仿形减振装置的捡拾器平均捡拾损失率4.53%，平均含杂率3.22%，分别比未挂接减振装置的同一捡拾器降低了30.73%和27.64%，作业效果提升明显。     

油菜联合收获机往复式双动割刀行星轮驱动器设计与试验

为解决传统油菜联合收获机往复式切割器因横割刀振动大、刀片对油菜茎杆扰动引起的割台落粒损失大、切割功耗高等问题,该研究设计了双动割刀行星轮驱动器。通过建立行星轮驱动机构运动方程,分析了驱动机构须满足的割刀运动结构参数。对行星轮驱动式双动割刀所受惯性力及切割图的分析表明,刀杆往复运动产生的惯性力是引起割刀产生振动的主要原因,且行星轮驱动式双动割刀具有惯性力平衡性能好、切割冲击小、对油菜茎秆扰动小及割刀切割连续性高等特点。茎秆切割功耗测试结果表明,割刀切割速度在1.2、1.4、1.6 m/s范围内,行星轮驱动式双动刀相对曲柄连杆驱动式单、双动刀切割器功耗平均分别降低了43.3%和16.8%。相同割幅的行星轮驱动式双动割刀和曲柄连杆式单动刀空转状态振动测试表明,割刀切割速度在0.8、1.2、1.6 m/s时,同一振动测点处安装有行星轮驱动式双动刀的割台较安装有曲柄连杆式单动刀切割器的割台所受割刀往复运动方向振动平均降低了56.3%。油菜联合收获田间试验结果表明:安装有行星轮驱动式双动刀的割台所受割刀往复运动方向的振动较安装有曲柄连杆式单动刀的割台降低51.2%;机器前进速度0.6～1.4 m/s时,行星轮驱动式双动割刀割台落粒损失最小为1.56%,最大为2.68%,较曲柄连杆式单动刀割台落粒损失平均降低42.5%。理论分析、室内试验及田间试验结果均表明,所设计的行星轮驱动式双动割刀振动小、功耗低、作业性能稳定,降低割台落粒损失效果明显。     

油菜联合收割机双向电驱动分行竖割刀设计

针对传统油菜联合收割机分行竖割刀存在振动大、损失率高的问题,该文设计了双向电驱动分行竖割刀装置。根据对称式双偏心轮的运动学特征和双动刀片切割油菜茎秆的力学模型,确定了传动机构和刀片的主要参数;建立了动刀切割运动轨迹方程,通过数值模拟分析不同切割速比(割刀平均速度与收割机前进速度之比)下的切割效果,以未切割率与重复切割率之和最小为约束条件,确定切割速比为1.1时切割效果最优;将双向电驱动分行竖割刀应用于4LZ-6T型油菜联合收割机并开展振动测试,仅竖割刀工作时,割台振动加速度为0.11g,为横割刀振动加速度的11%;田间试验表明,装有双向电驱动分行竖割刀的油菜联合收割机收获总损失率为6.15%,其中割台损失率为3.37%,竖割刀分行平均损失率为1.03%;在切割速比为1.08、1.63、2.40时,竖割刀的分行损失率分别为0.90%、1.04%和1.14%,在接近最优切割速比1.1时,竖割刀分行损失率最小为0.90%,相较另外2种切割速比,竖割刀分行损失率分别减小了13.5%和26.7%。该研究和设计可为油菜割台结构改进和降低油菜联合收割机收获损失提供参考。     

履带式联合收获机水田作业转向运动学分析与试验

为设计适于水田土壤环境的履带式联合收获机导航控制器,需准确分析履带联合收获机在水田中的运动规律。该研究在建立履带联合收获机转向运动学模型的基础上,推导了低速侧履带转向滑移率和高速侧履带转向滑转率与转向半径、转向角速度、履带卷绕速度的关系,搭建了履带联合收获机转向运动参数测试系统,采用限幅平均滤波处理转速信号,滤波窗口宽度为10个采样值时,转速信号方差减小了60.8%;采用扩展Kalman滤波器融合定位数据和IMU传感器数据记录履带式联合收获机行进轨迹和航向角,航向监测标准差比滤波前减小53.6%。田间试验表明,水田中履带式联合收获机的转向半径和转向角速度主要与前进速度和滑转率、滑移率相关,高速度侧履带滑转率随前进速度的增加而增大,变化范围为0.066～0.378,低速侧履带滑移率接近1,由于履带转向时的滑移滑转,实际转向半径大于理论转向半径,转向半径修正系数的变化范围为1.737～2.947,与前进速度呈二次函数关系;实际转向角速度小于理论转向角速度,转向角速度修正系数的变化范围为0.315～0.677,与前进速度呈幂函数关系。研究结果可为水田作业的履带式联合收获机导航控制器设计提供理论依据和参考。     

基于ANSYS-ADAMS的立式油菜割晒机铺放角形成机理

为提高油菜割晒作业性能,研究油菜植株参数和割晒机参数对铺放角的影响规律,该研究利用ANSYS软件和Pro E软件分别建立油菜植株的柔性体和割晒机模型,在ADAMS软件中建立割晒机-油菜植株刚柔耦合模型,开展油菜植株铺放过程单因素与多因素仿真试验。单因素试验结果表明:油菜植株高度在1.2～1.6m范围内,铺放角先减小后增加且在植株高度为1.4m时取得最小值;油菜植株质量密度在438～588kg/m3范围内,铺放角先增加后减小且在质量密度为538 kg/m3处取得最大值;植株与植株的摩擦系数在0.1～0.5范围内,摩系数越大铺放角越小。多因素响应面试验结果表明:输送链与前进速度的速比、前进速度、割茬高度、输送链速度与前进速度的速比及前进速度与割茬高度的交互作用对铺放角的影响极显著(P0.01),显著性顺序从大到小为输送链速度与前进速度的速比、前进速度、割茬高度;根据多因素试验结果建立铺放角的三元二次回归方程模型,并建立响应面分析多因素交互作用对铺放角的影响规律;建立目标优化方程组,确定割晒机最优作业参数组合为前进速度0.6 m/s,速比1.37,割茬高度0.42 m。田间试验结果表明,优化作业参数条件下,铺放角预测值与实测值的相对误差小于6%;与对照相比,铺放角由134.9°下降为115.8°,角度差由11.2°下降为9.6°,根差由0.22m下降为0.14m,割晒损失率由2.2%下降为1.5%,割晒机作业性能提高。研究结果可为油菜割晒作业的适宜条件确定和割晒机作业参数优化提供依据。