基于支持向量机回归的营养液调控模型研究

针对目前设施栽培中营养液动态调配精确度低的问题,提出一种基于支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)的营养液调控模型。首先,通过设计嵌套试验采集了13个温度、50组不同Knop营养液(A:99%Ca(NO3)2·4H2O、B:98%KNO3、C:99%KH2PO4、D:98%MgSO4·7H2O、E:99%EDTANaFe 5种化合物)配比下的营养液pH值、EC、K+质量浓度、Ca2+质量浓度和NO-3质量浓度等检测指标值,并基于SVR构建营养液检测指标预测模型;然后,采用离散斜率法计算营养液检测指标值与5种化合物含量的响应曲线离散斜率,并利用人工鱼群算法获取离散斜率最大突变点;最后,以该突变点对应的5种化合物含量作为最优调控目标值,基于SVR构建营养液调控模型,并进行验证试验。结果表明:基于SVR的营养液调控模型中对应5种化合物含量的决定系数分别为0.99、0.98、0.99、0.96、0.99,均方根误差分别为4.29、7.39、5.02、2.85、3.96 mg,拟合效果良好。对比逐步拟合响应模型获取目标值的结果发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物含量的平均相对误差分别降低了37.65%、49.94%、40.53%、50.58%、42.84%;在验证试验中,对比逐步拟合响应模型发现,基于SVR的营养液调控模型5种化合物使用量的相对误差平均值分别降低了46.42%、52.08%、54.03%、53.59%、54.54%,调控过程中5种化合物使用量的平均降低率分别为1.69%、5.81%、5.85%、3.65%、7.08%。本文基于SVR构建的营养液调控模型具有高效、节能特点,可为设施作物栽培的实际生产应用提供参考。     

甘蓝采后整修系统自动调向装置设计与试验

针对甘蓝自然状态下根部姿态不一致、难以高通量采后整修处理的问题,设计了一种甘蓝采后整修系统自动调向装置,以提高甘蓝采后整修处理效率并降低人工成本。装置主要包括驱动电机、链传动机构、齿轮齿条副、辊轮调向机构、图像检测机构及机架。结合“中甘15号”甘蓝物理特性参数,对甘蓝在辊轮调向机构上的运动状态及甘蓝的受力情况进行了理论分析,确定了辊轮直径等关键部件结构参数及辊轮转速等关键作业参数范围。在ADAMS仿真软件中进行了甘蓝自动调向作业运动学仿真分析,并试制自动调向装置进行了验证试验。结果表明:设计的甘蓝采后整修系统自动调向装置采用机械结构实现了甘蓝根部的自动调向;当辊轮直径为80.00mm、辊轮径向间距为53.35mm、辊轮轴向间距为53.35mm、辊轮转速为2.96rad/s时,甘蓝调向成功率为92%,基本满足甘蓝采后整修处理作业需求。     

电池位置纵向可调的电动拖拉机设计与试验

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机。电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开关、BMS仪表、V型皮带、加速踏板、换挡杆、底盘、电池位置纵向调节机构及充电/DC-DC一体机等组成。分别对驱动电机、电池、电池位置纵向调节机构等关键部件进行了设计、样机试制并进行性能试验。试验结果表明:电动拖拉机最高行驶速度为21.3km/h,通过电池位置纵向调节可提升13.2%的牵引力,最大牵引力为4020N,可克服的最大犁耕阻力为3557N,功能性能均满足设计要求,可为电动拖拉机的设计及研发提供理论依据和技术支撑。     

拨辊推送式马铃薯收获机设计与试验

针对杆条输送链式小型马铃薯收获机存在果土分离效果差、明薯率低、破皮率较高等问题,设计了一种拨辊推送式马铃薯收获机。对该收获机推送式输送分离装置的作业机理进行了研究,分析确定了输送分离装置的结构和工作参数。以机组作业速度、拨辊转速、拨辊组提升高度为试验因素,明薯率、破皮率为试验指标进行三因素二次正交旋转组合试验,运用DPS数据处理软件进行回归方程显著性分析,优化得出最佳因素组合为:机组作业速度1.0 m/s,拨辊转速60 r/min,拨辊组提升高度150 mm,明薯率为99.01%,破皮率为1.24%。与普通输送分离装置对比试验结果表明:拨辊推送式马铃薯收获机在提高明薯率方面效果明显,在降低破皮率方面略有改善。     

2BMQ-8型气力式棉花精密播种机设计

针对山东省北部棉花主产区种植特点和机采棉宽行种植模式，开发设计了2BMQ-8型气力式棉花精密播种机。该机主要由机架、悬挂装置、深松施肥装置、双圆盘开沟装置、气吸式排种装置、镇压轮和铺膜覆土装置等组成，可一次性完成施肥、开沟、播种、镇压以及覆膜覆土等作业。作业效率高，性能优异。      

玉米剥皮装置的设计研究

根据农艺过程中对玉米剥皮装置的要求,设计了与4YW-2型玉米联合收获机配套使用的玉米剥皮装置,该部分主要由入料口、剥皮装置、压送装置、输送搅龙及传动装置等部分组成,可以一次作业完成玉米穗的传送、剥皮、玉米与苞叶的分隔收集等作业。为此,以玉米苞叶的剥净率、落籽率、籽粒损失率和生产率为主要指标,计算了部分零部件的结构尺寸。该玉米剥皮装置在4YW-2型玉米联合收获机上配置紧凑协调,作业顺畅可靠,玉米剥皮过程中剥净率达90%以上、作业损失率低于4%,保证了联合收获的作业性能指标,提高了联合收获机的生产效率。     

深松少耕棉花施肥覆膜播种机的设计与试验

针对山东棉花产区的抗旱播种和免耕播种的种植条件,研制了采用≥66.2k W拖拉机提供动力的2MBJ-2型深松少耕棉花施肥覆膜播种机。该播种机采用深耕单轴旋耕犁、可控施肥装置、株距可调式仿形播种装置和一体化覆膜装置,可一次性完成耕整地、灭茬、定量施肥、平整地、精密播种、覆膜和膜上覆土等田间作业。在山东省利津农机专业合作社进行田间试验,结果表明:该播种机作业稳定性高,漏播率1.875%,重播率3.45%,株距合格率94.68%,播深合格率89.5%,作业效率0.53~0.8hm2/h,各项技术指标满足铺膜播种机行业标准的要求。     

油橄榄果实物理力学特性研究

为降低油橄榄果实在采收和运输环节的机械损伤,研究了油橄榄果实物理力学特性。以"莱星"油橄榄果实为研究对象,分别测量了其几何特性参数、密度、静摩擦因数、恢复系数及果皮弹性模量,并使用数理统计分析方法对测量结果进行了分析。结果表明:油橄榄果实长轴为[15.44,23.44]mm,长径为[11.26,16.03]mm,短径为[11.00,15.36]mm,球度为[0.66,0.89],果形指数为[1.17,1.83];依据球度大小,外形轮廓可分为椭球形和类球形,比值约为7:3;油橄榄果实单果质量为[1.46,2.31]g,体积为[1.20,2.16]cm³,密度为[1.01,1.24]g/cm;油橄榄果实的静摩擦因数的关系为果实-果实>果实-橡胶>果实-钢板>果实-PP塑料,其平均值大小分别为0.507、0.464、0.364、0.346;碰撞恢复系数的关系为果实-木板>果实-钢板>果实-PP塑料>果实-果实,其平均值分别为0.425、0.399、0.325、0.298;油橄榄果皮断裂时拉伸力为[2.46,4.75]N,弹性模量为[1.92,3.66]×10;Pa。本研究可为油橄榄果实仿真模型建立以及采收和运输装备研发提供基本理论依据。     

S型链式马铃薯收获机挖掘装置的设计及有限元分析

针对我国马铃薯在主粮化的政策下迅速发展而机械化收获水平阻碍其发展的问题,研制了S型链式马铃薯收获机。在研究国内外马铃薯收获技术及装备的基础上,重点对该机器的挖掘装置进行设计。采用固定式挖掘铲装置,针对我国小地块种植马铃薯的国情,确定了固定式挖掘装置的结构形式:铲体宽度为1430mm,铲面倾角范围为33.6°～39.5°,铲体长度为320mm,铲刃夹角为150°;同时,对铲座支撑进行设计,各部件采用65Mn钢材质,钢板厚度为10mm。利用ANSYS对挖掘装置进行有限元分析,确保挖掘装置结构稳定。对整机进行田间试验,结果表明:明薯率98.5%,伤薯率1.2%,破皮率1.6%,生产率0.33hm~2/h,相对于其他挖掘装置伤薯率明显降低,明薯效果也相对改善。     

基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法研究

针对采后甘蓝人工连续定向效率低、劳动强度大等问题，以“中甘15号”甘蓝为研究对象，提出了一种基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法。首先，建立了采后甘蓝的简化几何模型，对3个惯量主轴的转动惯量及其定向运动稳定性进行了理论分析；其次，建立了定向仿真模型，基于ADAMS软件分析了26种初始姿态的采后甘蓝在定向过程中的位移差值和采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角随时间的变化规律；最后，搭建自动定向试验平台，以辊轮直径、轴向间隙、径向间隙和角速度为试验因素，以采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角和定向成功率为试验指标，进行了单因素和正交试验。理论分析和仿真结果表明，采后甘蓝在定向运动过程中，逐渐趋向绕转动惯量最小且唯一的中心轴转动，且该运动状态动态稳定，即实现了采后甘蓝的自动定向。试验结果表明，试验因素对采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角影响的显著性主次顺序为辊轮直径、角速度、轴向间隙、径向间隙，试验因素对定向成功率影响的显著性主次顺序为角速度、辊轮直径、轴向间隙、径向间隙；最优参数组合为辊轮直径80mm、轴向间隙80mm、径向间隙70mm、角速度6rad/s。在最优参数组合下进行了验证试验，结果表明，采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角平均值为（6.72±1.23）°，定向所需时间为6.8s，定向成功率为96%，满足采后甘蓝自动定向及后续高通量处理的需求。