葡萄机械化清土的发展现状与解决对策

我国葡萄种植主要集中在北方地区(包括西北、华北和东北等地),北方冬季气候寒冷、风大,需要将葡萄藤下架埋土防寒,第二年春季再起藤出土上架。这些作业劳动强度大、作业效率低、人工成本高,且葡萄起藤出土季节性强,因此迫切需要适合此环节作业的清土机械。为此,分析了目前我国北方葡萄春季清土作业的机械化发展现状,介绍了国内现有的主要葡萄清土作业机械的类型、原理、特点及存在的问题,分析了现有的几种清土作业模式,并提出了相对应的解决对策,旨在给北方葡萄的春季清土作业提出新的思考与建议,促进葡萄产业机械化水平的整体提升。     

国外葡萄生产机械化发展和对我国现状的思考

葡萄酒是人们追求高品质生活的体现，我国生产过程的机械化程度低，劳动强度大。该文总结分析了国外主要国家的葡萄种植模式和机械化发展，指出了我国目前葡萄种植和生产机械化的问题，并提出了解决对策。要提高我国葡萄生产机械化水平，必须发展区域性机械化、苗木生产产业化和联合式规模化，即发展“特色区域葡萄种植和机械化体系”，是我国葡萄产业未来的发展之路。     

玉米定向种子带恒张力卷绕系统自适应模糊PID控制

在玉米定向种子带的卷绕过程中,种子带的张力控制影响到种子带的质量。为此依据玉米定向种子带的要求,建立恒张力卷绕系统的传递函数,利用模糊控制技术实现玉米种子带的恒张力卷绕控制,创建了模糊自适应PID控制器,利用Matlab对其进行仿真,得到了较为合理的模糊控制算法,并将模糊控制算法通过西门子S7-200型PLC为核心的硬件控制电路应用于实际的张力控制,并进行了实际的卷绕试验。试验结果表明:模糊PID控制器与传统PID控制器相比,具有更好的动态稳定性和跟踪性能,张力产生阶跃时,系统过渡时间约为2 s,超调量在1.2%内,能够较好地满足种子带的卷绕要求。     

马齿形玉米种子尖端激光定向与胚面识别装置研制

为了实现玉米种子的尖端定向与胚面识别,该文以现有尖端定向装置输出的马齿型玉米种子为对象,基于激光开关和测距原理,提出了一种尖端定向与胚面识别方法:依据马齿形玉米种子尖端窄大头宽的轮廓特征,利用激光开关传感器等部件对玉米种子的尖端朝向进行识别,并将大头朝前的玉米种子进行剔除;依据马齿形玉米种子胚面上有胚沟而反面较为平整的表面特征,利用激光测距传感器等部件对尖端朝前的玉米种子进行胚面识别。设计并搭建了玉米种子尖端定向与胚面识别装置,配合现有的尖端定向装置进行试验,结果表明:尖端定向与胚面识别装置的尖端定向成功率达到99.1%,相比现有的尖端定向装置提升了9.5个百分点,胚面识别准确率为96.4%。该方法基本可以实现玉米种子的尖端定向,同时保证胚面识别准确率达到较高水准。该文提出的玉米种子尖端定向与胚面识别方法可为后续玉米种子的自动化定向包装提供参考。     

马齿型玉米种子侧立定向定距输出装置的设计与试验

为了实现玉米种子的定向定距输出,该文设计了一种玉米种子侧立定向定距输出装置,并对其定向定距原理进行了分析。该装置包括侧立排序机构和定向定距机构2部分。侧立排序机构能够对成堆玉米种子进行分散、排序输送、分选和姿态变换使之变为一列呈侧立姿态排序的玉米种子,定向定距机构能够对侧立姿态的玉米种子进行定向和定距,使其尖端统一朝前、相邻种子之间间距一致,然后排序输出。以侧立喂入轨道的倾角α、振幅Z_1、定向定距转盘的角速度w和侧立输出轨道的振幅Z_2为因素,以玉米种子的定向定距成功率和定距间距为指标,对定向定距机构进行仿真试验,得到最佳工作参数:α为3°、Z_1为0.3 mm、w为30°/s、Z_2为0.3 mm。搭建玉米种子侧立定向定距输出装置进行性能试验,结果表明在最佳工作参数下该装置工作稳定,玉米种子定向定距成功率为90.7%,定距间距平均为45 mm。该研究为后续机械化玉米定向播种提供了参考。     

直线电磁振动下玉米种子定向传输的模拟仿真试验与验证

针对使用实际直线电磁振动定向装置进行优化试验时效果不理想的问题,利用ADAMS建立玉米种子直线电磁振动定向装置参数化仿真模型,从传输稳定性角度确定3个影响因素(振幅A、台阶高度H和倾角J)的试验范围,以传输速度v和定向成功率ρ为指标,进行直线电磁振动下玉米种子定向传输的模拟仿真试验,得到了直线电磁振动定向装置的最佳工作条件:A=0.6mm、H=3mm、J=4°。通过实际直线电磁振动定向装置对该最佳工作条件进行验证,结果表明:玉米种子的平均传输速度和定向成功率与仿真结果基本一致,并且能够保证传输稳定性,说明该最佳工作条件正确合理。     

柔性梳脱式酿酒葡萄脱粒机构设计与试验

针对目前中国酿酒葡萄人工采摘效率低下的问题,为实现酿酒葡萄机械化采收,提出柔性梳脱式采摘方式,设计了以柔性弓齿为核心部件的酿酒葡萄柔性梳脱式采摘机构。首先基于ADAMS软件建立了弓齿及果梗的柔性仿真模型。采用广义力建立连接力,传感器监测断裂条件,实现了葡萄果粒在外力作用下的脱粒过程控制,解决了面对多对象脱粒仿真过程控制的关键问题。分析了梳脱辊转速、柔性弓齿弯曲刚度和梳脱辊间距对葡萄脱粒过程的影响规律和机理。基于仿真试验选取因素及水平,并以脱粒时间和破损率为指标,进行了正交试验,确定试验因素最佳组合为:梳脱辊转速160 r/min,弓齿弯曲刚度0.067 N·m2,梳脱辊间距280 mm,在该条件下脱粒时间为1.73 s,破损率为3.51%。该文为深入研究收获过程的机理和收获机构的优化提供参考。     

不同耕层结构对海南香蕉地砖红壤物理特性的影响

短周期的香蕉种植方式结合传统的香蕉地翻耕、旋耕模式导致香蕉田土壤耕作层以下不断压实并形成犁底层,而深松可打破坚硬的犁底层,提高水分利用效率,有利于作物根系的生长发育。为探明不同深松模式耕层构造对海南香蕉地砖红壤物理特性的影响,在海南大学香蕉试验田设置了全虚耕层构造(Q1)、全实耕层构造(Q2)、虚实并存耕层构造(Q3)和上虚下实耕层构造(Q4),对砖红壤土壤坚实度、土壤容重和含水率进行试验测定。结果表明:4种耕层构造在各深度土层都能够明显降低土壤坚实度及土壤容重,提高土壤含水率。其中,在0~15cm表层土壤降低幅度最大,Q1、Q3、Q4在土壤坚实度和土壤容重方面分别降低了51.92%、29.99%、39.91%,11.80%、5.59%、9.32%;各土层范围内的含水率均呈现为Q3>Q1>Q4>Q2,且全虚耕层构造(Q1)和虚实并存耕层构造(Q3)的土壤含水率略高。综合分析认为:考虑到香蕉的根系对于含水率的高要求,虚实并存耕层构造是保证香蕉成长发育质量比较理想的高产耕层构建方式。试验结果可为海南香蕉种植地构建合理耕层构造、实现香蕉产量稳步增长提供参考。     

海南热区砖红壤颗粒离散元仿真模型参数标定

为获取适用于海南热区砖红壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数,该文利用EDEM仿真软件中Hertz-Mindlin with JKR接触模型对海南地区砖红壤进行相关模型参数标定,首先以含水率为7.8%、实际休止角为32.35°的砖红壤为研究对象,以物理试验获取的砖红壤-砖红壤、砖红壤-触土部件间恢复系数、静摩擦系数及滚动摩擦系数为标定对象,应用Plackett-Burman设计试验筛选出对休止角有显著影响的参数:即砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数、JKR表面能、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数、砖红壤-砖红壤恢复系数。进一步以砖红壤颗粒休止角为响应值,基于Box-Behnken设计试验得到休止角与显著性参数的二阶回归模型,并以实际休止角为目标,针对显著性参数进行寻优,得到最佳组合:砖红壤-砖红壤滚动摩擦系数为0.07、砖红壤-28MnB5板滚动摩擦系数为0.24、砖红壤-砖红壤恢复系数为0.4、JKR表面能为4.31J/m^2。最后在标定的参数下进行休止角与破土阻力离散元仿真验证试验,对比计算得出仿真休止角与实测休止角相对误差为0.62%,仿真破土阻力与实测破土阻力相对误差为3.43%,并通过对比分析两次试验中破土阻力变化曲线的拟合情况,得出两曲线间的可决系数R2=0.993 9,均方根误差RMSE=0.017 7,该结果表明标定所得相关参数可用作海南热区砖红壤离散元仿真。     

圆周电磁振动下单粒玉米种子运动特性分析

针对基于圆周电磁振动的玉米种子定向排序输送装置的优化缺乏理论指导的问题,该文以角振幅θ0、玉米种子所处圆周半径r以及正向圆周运动角速度θ?为主要参数,采用柱坐标系对圆周电磁振动下单粒玉米种子的运动特性进行了理论研究和试验分析,得到以下结果:1)玉米种子相对运动特性表现为:其正向圆周运动、反向圆周运动、抛掷运动和离心运动都有着与之对应的临界角振幅(θ01、θ02、θ03和θ04),其中θ01θ02θ03,θ03为0.012 9 rad不变,θ01、θ02和θ04随玉米种子所处圆周半径r的增大而减小;2)玉米种子自身运动特性表现为:只有当胚面朝上时,玉米种子才表现出通过自身运动使尖端朝向与圆周运动切线方向一致的规律;3)圆周电磁振动器的最佳工作角振幅为0.008 rad,此时无论胚面朝上或朝下,玉米种子正向圆周运动角速度θ?均达到最大(胚面朝上时4.15°/s、胚面朝下时4.03°/s)。该研究丰富了圆周电磁振动下物料的运动理论,为玉米种子定向排序输送装置的优化提供了理论基础。