农业物料挖掘收获机研究现状及展望

农业物料挖掘收获机是农业机械的重要组成部分,被广泛应用于各类农业物料的收获作业中。为此,在大量查阅相关文献的基础上,综述了国内外农业物料挖掘收获机的研究现状,主要介绍了铲栅一体式、铲链组合式、铲筛组合式3种常见挖掘收获机的结构与工作原理,分析了存在的问题并给出了建议,旨在为农业物料挖掘收获机的优化与改进提供参考     

离心雾化低容量喷杆喷雾与常量喷雾对比研究

为探究装配离心雾化喷头的喷杆喷雾机在小麦田植保作业中的适用性，研发了一种基于低容量离心雾化技术的喷杆喷雾机(BSC)，以添加诱惑红示踪剂的3种药剂（5%己唑醇悬浮剂、40%氧乐果乳油和50%吡蚜酮水分散粒剂）的混合复配制剂为供试药液，与装配液力式喷头的背负式喷雾器(KSH)、喷杆喷雾机(BSH)以及装配离心雾化喷头的背负式喷雾器(KSC)进行田间施药对比试验，分析了4种机具的主要作业效果指标——雾滴沉积分布均匀性、小麦冠层药液穿透性、作业效率以及防治效果。结果表明:对于沉积均匀性，离心雾化低容量喷杆喷雾与常量喷雾无显著性差异，而装配离心雾化喷头的背负式喷雾器的沉积均匀性低于其他3种机具；与常量喷雾相比，离心雾化方式有效提高了药液的冠层穿透性，最多可提高2.9倍；与常量喷杆、低容量离心背负和常量背负式喷雾器相比，低容量离心喷杆喷雾机的作业效率分别提高0.5倍、5.6倍和18.6倍；对比空白处理，低容量离心喷雾和常量喷雾方式防治效果显著，但两者之间无显著性差异。该研究可为低容量施药技术、超低容量施药技术和离心雾化技术在喷杆喷雾机上的应用提供参考。     

喷雾机喷杆结构的研究现状及展望

由于目前喷雾机的喷杆仍存在振动强、倾斜严重等问题,严重影响到喷雾机施药过程中的药液均匀性和作业效率,因此需要对喷雾机的喷杆进行结构优化。本文结合当前国内外喷杆结构研究的主要技术,从喷杆的结构特征入手,分析了目前喷杆结构存在的主要问题及相应的解决方式,总结了未来喷杆结构优化的发展方向,并对提高我国喷雾机效率的喷杆结构优化技术进行了展望。     

基于ABAQUS的喷雾机喷杆结构拓扑优化

喷杆喷雾机在田间正常作业时,由于地面不平产生的激励会传递到喷杆上,导致喷杆的振动问题。为此,对一种喷杆结构进行了拓扑优化,从喷杆的内部材料布局出发,得到最合理的喷杆材料分布,通过优化喷杆自身的结构来改变喷杆的固有频率,使喷杆的固有频率远离激振源的共振频率区间。以材料的畸变能密度为优化目标,在ABAQUS软件中采用变密度法对初始喷杆结构进行了结构拓扑优化设计,并对优化前后喷杆结构的动力学特性进行了比较,验证了此次拓扑优化的合理性。结果表明:在该喷雾机喷杆的质量减少16.3%的情况下,喷杆的1阶固有频率增加了9.56Hz,有效避开了激振源的频率区间,减轻了喷杆的振动。本文可为喷雾机喷杆的动力学特性研究与结构优化提供理论依据。     

喷雾机喷杆有限元模态分析与试验

针对喷杆喷雾机在田间正常作业时由于路面凹凸不平所引起的喷杆振动问题,对一种五段式喷杆进行了研究。利用Pro-E建立了该喷杆的三维几何模型,并采用ANSYS对该喷杆的有限元模型进行模态分析,求解出喷杆的前8阶固有频率和模态阵型,结果显示:前6阶固有频率均在10Hz以下,喷杆容易发生共振。通过锤击法对该喷杆进行模态试验,对比有限元试验与模态试验,结果发现:喷杆前8阶共振频率差均小于10%,各阶振型所对应的模态置信准则都大于0.8,验证了理论分析的准确性。此次有限元分析可为喷杆的进一步优化设计和动力学分析提供理论依据。     

基于仿真果园试验台的植保无人机施药雾滴飘移测试方法与试验

植保无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)果树飞防植保作业中飞行高度较高并且采用低容量细小雾滴喷雾,飘移风险极高。但是,无人机果园施药雾滴飘移特性研究尚处于初步开展阶段,缺乏全方位综合测试方法以及对不同无人机机型和喷头类型的评价。该研究在前期研究基础上,提出一种基于仿真果园试验台的植保无人机果园施药雾滴飘移测试方法,设计并制作仿真葡萄园试验台和空中飘移收集装置,结合地面飘移收集装置和冠层沉积收集带,首次通过雾滴空间飘移指数ADX定量分析评价不同机型的喷雾过程中农药雾滴空间飘移特性,并采用田间近地飘移测试平台进行无人机喷雾飘移试验,使用荧光示踪法探究4种典型植保无人机(油动单旋翼、电动6旋翼及2种电动8旋翼无人机)分别搭载IDK 120-015空气射流喷头和TR 80-0067空心圆锥喷头喷雾作业的雾滴冠层沉积分布、地面飘移、近地飘移及空中飘移特性,进而对不同喷雾飘移测试收集装置进行评估。结果表明:在侧风速2.2～3.6 m/s,温度29.8～34.3℃,相对湿度10.7%～30.6%的环境条件下,IDK空气射流喷头在作业高度1.5 m、速度2.0 m/s参数下可显著降低无人机喷雾下风向飘移水平,优化沉积分布均匀性,提高农药雾滴利用率;4种机型飘移特性无显著差异,旋翼下洗气流产生的卷扬涡流是影响无人机喷雾飘移的重要因素;葡萄园喷雾作业缓冲区至少应设置为15 m;冠层沉积率越小(P0.05,r0)、沉积分布变异系数越高(P0.01,r0)、田间飘移平台平均均值飘移率和90%累积飘移距离越大(P0.01,r0)以及ADX值越大(P0.01,r0)均表明雾滴飘移风险越高,3种收集装置及其评价指标均可有效评估下风向飘移特性;植保无人机喷雾飘移率与下风向距离满足指数函数关系。研究结果以期为新型果树专用植保无人机研发、植保无人机果园作业喷雾飘移测试方法的标准制定和田间作业参数选择提供参考和数据支持。     

果园喷雾机单双风机风道气流场仿真与试验

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内部气流场分布,对仿真值与试验值拟合分析,拟合优度R2=0.8274,验证数值模拟的准确性;通过对两风道出风口及距出风口不同截面上的风速散点数据Golden software Voxler拟合处理和加权分析对比2种风道特性。结果显示:单风道内部流场右侧较强,双风道左右两侧基本一致;双风道在出风口处风速较单风道大,且两侧风速曲线走势基本相同;两侧距出风口0、1、2、3、4、5 m截面上外部气流场气流分布云图中,单风道气流场集中域有明显的偏移,两侧气流场强度差异大,双风道左右气流场基本对称;在对中性上,2 m截面上双风道左右两侧最大风速对其距中距离的加权平均数分别为-3.23、-1.33 mm,单风道为-24.99、-32.33 mm,且双风道距中偏移量随距离的变化趋势较单风道小。综合分析最终得到双风道气流场在两侧对称性和对中性上较单风道有明显的优势。该研究可为进一步优化风送喷雾技术提供参考。     

大型喷杆及其摆式悬架减振系统动力学特性分析与试验

针对摆式悬架减振系统对喷杆动力学行为影响机理的复杂性,利用第二类拉格朗日方法建立了描述喷杆-悬架系统倾斜运动、垂向运动的数学模型。在MATLAB/Simulink中进行了瞬态响应分析、频率响应分析,研究了动力参数对其特性的影响。在此基础上,以某大型喷杆及其摆式减振悬架为试验对象,通过六自由度运动模拟平台输出翻滚和垂向运动激励,采用超声波距离传感器、IVDT位移传感器等进行数据采样分析,测得喷杆瞬态动力学响应及频率响应特性,并与模型预测进行对比,验证了数学模型的准确性。最后通过扫频振动试验确定了系统的频率响应峰值及对应频率,着重分析了阻尼、刚度系数对喷杆振动特性的影响规律:在一定范围内增加阻尼可以减弱系统振荡,增加刚度有利于提高悬架响应速度。研究为大型喷杆悬架参数优化配置提供理论依据与试验方法,有利于中国大型喷杆(大于12 m)动力学特性试验方法、检测标准的完善。     

基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平,解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题,该研究研制了一套基于三维Li DAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24m、地隙1.35 m,喷杆喷雾高度在0.5～2.5 m可调。变量施药系统采用16线激光雷达传感器,对作物的三维信息实时探测,安装于机具后端的脉宽调制(PWM,Pulse-WidthModulation)控制器从CAN总线上获取喷雾机的速度信息并传递给计算机,采用Python控制程序,融合激光雷达数据与实时速度信息绘制喷雾量处方图并发送给PWM控制器。建立了作物冠层高度与施药量之间的数学模型,根据作物冠层所需要的喷雾量,由控制器控制电磁阀的开闭实现精准变量施药。系统组装完成后,在甘蔗地进行田间试验测试。结果显示:激光雷达能够准确识别甘蔗株高,最大识别误差为8.42%,最小识别误差为0.17%,平均误差为4.59%,激光雷达将识别到的株高信息准确传递给变量施药系统。变量系统开启后,喷雾机会根据株高变化实时改变喷雾量,雾滴沉积密度满足相关标准要求。在变量施药条件下,植株上中下3层的雾滴沉积密度变异系数均小于15%,满足喷雾机(器)作业质量标准要求,机具整体作业性能良好。变量施药时布样区施药总量为56.43 L,相比常量施药的施药总量78.96 L,减少农药用量22.53 L,减幅28.5%。该研究可为高茎秆作物病虫害高效精准防治提供新的思路和方法,为新型精准变量施药机械的结构设计和高效施药技术性能优化提供参考。