东方蝼蛄膜翅表面形态与润湿性

利用扫描电镜分析了东方蝼蛄膜翅的表面形态.在OCA20型接触角测量仪上测量了水与东方蝼蛄膜翅展开表面各部位的接触角,分析了东方蝼蛄膜翅表面几何微结构与润湿性的关系.研究表明,东方蝼蛄膜翅展开后各部位的几何微结构各不相同,水与东方蝼蛄膜翅展开表面各部位的接触角平均值为94.4°～118.6°,表现出疏水性能.东方蝼蛄膜翅表面几何微结构与疏水性能的综合作用是其折叠后表面不沾土壤和水的重要机理.     

基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统

为使免耕播种机在秸秆覆盖地作业时自动保证播种深度的一致性和稳定性,设计了一种主动作用式播种深度自动控制系统。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)压电薄膜传感器将免耕播种机限深轮的胎面形变量转换为电压信号,信号处理电路对传感器产生的信号放大滤波,提取信号峰值,系统根据峰值信号实时监测播种单体对地表的压力,控制信号形成电路在压力不足时发出控制信号,控制安装在播种机机架与播种单体四连杆间的空气弹簧产生推力,使播种单体能够产生对地表的压力,从而保证播种深度的一致性。试验结果表明,所设计的主动作用式播种深度自动控制系统能够精确控制开沟深度,仿形性能可靠,作业速度为5~8 km/h时,播深合格率达到90%,作业速度大于8 km/h时,播深合格率明显高于被动作用式播种深度控制装置。     

松软地面机器系统研究进展

松软地面机器系统的理论研究,对农业、林业、矿业和军事等领域作业机械的发展具有重要的科学意义和工程应用价值。本文总结了松软地面机器系统基础理论,以及松软干沙地面轮壤关系最新研究进展;从土壤动物形态、结构和柔性方面阐述仿生脱附减阻机理,综述了地面机械触土部件的仿生理论基础;概括了用于地面力学特性测试的技术方法和地面机器系统研究的土槽测试系统;分析归纳了数值模拟方法在地面机器系统研究中的进展;进而对松软地面机器系统理论方法在触土部件和车辆行走机构中的应用研究进行了展望。     

行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。     

狗猪鹿牙齿的高耐磨特性对比

为解决土壤工作部件磨损严重的问题,该文以狗牙、猪牙、鹿牙为研究对象,采用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,考察了狗牙、猪牙、鹿牙的摩擦学性能,通过激光共聚焦扫描显微镜测量磨损深度,利用扫描电子显微镜观察狗牙、猪牙、鹿牙的磨损形貌,利用纳米压痕仪分别对狗牙、猪牙、鹿牙进行力学性能试验,测试其纳米硬度和弹性模量。试验表明：狗牙釉质磨斑表面磨屑剥落严重、附着大量的细小磨粒、有明显的龟裂现象,磨损体积为1.91×107 μm3,猪牙釉质磨斑表面主要是磨屑剥落,磨损体积为1.56×107 μm3,鹿牙釉质磨斑表面也表现为磨屑剥落,磨损程度比猪牙齿的轻,磨损体积为1.39×107 μm3;牙齿的耐磨性与其硬度密切相关;鹿牙釉质的耐磨性、纳米硬度和弹性模量最大,狗牙釉质的最小。该文以动物牙齿为仿生原型,为耐磨触土部件的研发提供新的参考方向和理论依据。     

沙地刚性轮构型仿生设计及牵引性能数值分析

为了提高车轮牵引性能,改善车辆在松散沙土介质环境的通过能力,该文以善于沙地奔跑的鸵鸟足部关键部位—足趾甲为仿生原型,通过仿生优化轮刺结构,设计出具有高牵引性能的仿生轮刺式沙地刚性轮,并以一种模拟月壤作为试验松散沙土介质材料,采用离散元软件PFC2D?的内置语言FISH和相关命令,建立了适用于非规则结构刚性轮的轮壤相互作用动态模拟系统,并获得试验验证。通过仿生轮刺式刚性轮与模拟月壤相互作用离散元模拟,并与矩形轮刺式刚性轮模拟结果对照,从轮下模拟月壤颗粒细观运动、接触力场、速度场以及车轮挂钩牵引力角度,验证了仿生轮刺式刚性轮具有优越的牵引性能,在车轮滑转率50%的稳定运行状态下,仿生轮刺式刚性轮的牵引性能可提高5.2%左右。该研究为提高刚性轮在松散沙土介质环境中的牵引性能提供了全新设计和研究手段。     

波纹表面接触土壤颗粒动态响应仿真分析

为揭示波纹表面的降阻机制,以蚯蚓体表为研究对象,应用离散单元法对接触土壤颗粒动态响应进行仿真分析.仿真得出:波纹表面接触的土壤颗粒运动过程微观可分为“分散—团聚—分散”3个阶段,宏观表现为土壤与波纹试样之间形成孔隙;波纹表面接触颗粒的X向位移与试样的前进方向一致,呈线性增加,平均位移为60.33 mm,Y向速度随着波纹表面的凹凸起伏呈正弦变化、产生微震,且大于光滑表面接触颗粒振幅,波纹表面接触颗粒和波纹的接触位置直接决定受力的大小和方向.分析表明:波纹表面接触颗粒的运动幅度和频率大于光滑表面,颗粒产生微震,且波纹表面与土壤间存在孔隙,从而使得接触面积减小、阻力降低.     

行间免耕播种机防堵装置设计与试验

针对行间互作和宽窄行交替休闲2种保护性耕作模式缺少配套免耕播种机的现状,该文设计了一种适用于行间互作模式和宽窄行交替休闲模式的免耕播种机防堵装置,其采用组合刀片式结构,具有作业功耗小、秸秆切断率高等优点。通过理论建模和动力学分析相结合的方法对其关键部件秸秆滑切刀片滑切秸秆的过程进行研究,得出秸秆滑切刀片侧切刃最优曲线应为一条等滑切角曲线。通过三因素三水平正交组合试验得出秸秆滑切刀片的最佳参数组合为：作业速度2.1 m/s、耕作深度35 mm、刀片回旋半径为185 mm,并进行验证试验得出秸秆切断率为90.9%,单把刀片功耗为8.15 W。该研究可为适用于行间互作或宽窄行交替休闲耕作模式的免耕播种机设计提供参考。     

基于颜色系数反向粒子群模型的田间作物分割方法

针对复杂多变的农田环境下,田间作物分割既要保留农田作物完整外部形态信息,又要满足农田作业速度的要求,该文提出一种基于反向变异粒子群优化(reverse mutation-particle swarm optimization,RM-PSO)算法提取最优颜色系数的田间作物分割方法。该分割方法分为离线和在线2个部分,离线部分采用反向变异策略提高了初始粒子群群体质量及算法的搜索效率,避免算法早熟收敛,陷入局部最优,引入满意度函数对最优颜色系数进行评价,提取全局最优颜色系数。在线部分采用离线提取的最优颜色系数对作物图像灰度化,进而对灰度化后图像进行阈值分割得到最终的分割结果。试验结果表明,该文方法平均错分率(error distinguish rate)仅为4.8%,低于HSI算法、EXG法以及Mean-shift神经网络分割算法的11.3%、19.5%、5.7%;标准差值为3.1%,相较于HSI算法的7.2%、EXG法的14.7%、及传统PSO方法的7.9%,该文算法具有更高的稳定性;平均处理时间为0.311 s,而HSI方法为0.908 s,Mean-shift神经网络分割算法为1.942 s。该方法不仅能够保证不同光照及不同景物干扰下作物外部形态信息完整,同时处理速度快,鲁棒性好,具有较高的实际应用价值。     

微耕机土壤耕作部件田间测试平台的研制

针对室内土槽试验难以真实模拟田间试验的工作状况,在SR1Z–135型多功能微耕机的基础上,研制了微耕机土壤耕作部件田间测试平台。该平台由传动系统、测试系统、试验系统和行走系统组成,可在田间实际工况下对旋耕刀、深耕刀、防缠刀和起垄器进行性能测试,并实时显示和处理这些待测部件的转速、转矩及功率信息。田间验证试验结果表明:微耕机旋耕刀组平均转速为47 r/min时,平均转矩为226 N·m,平均功率为1.114 kW;微耕机旋耕刀组平均转速为100 r/min时,平均转矩为238 N·m,平均功率为2.568 kW,与室内土槽试验获得的旋耕刀组的基础数据基本一致。测试平台运转顺畅,行驶平稳,耕深稳定。