入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究

针对稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦机械化播种,为避免传统接触式小麦播种技术存在的粘附堵塞严重和作业阻力、功耗大等问题,该文采用非接触式小麦气力射播技术理论,通过自制的小麦气力射播试验台,开展整洁种床土壤条件下入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究。试验结果表明:随着入射角度的增加,相同加速气压下小麦种粒的射播速度垂直分量和射播深度不断增加,小麦种粒触土后产生水平滑移和弹跳的几率变小,且各入射角度下射播深度与射播速度呈正相关关系,不同入射角度下小麦种粒呈现出不同射播深度和土壤冲击效果,小麦种粒未产生损坏情况;当入射角度≥45°和射播速度垂直分量≥25 m/s时,小麦种粒可被完全射播入土壤中且出苗率大于86%,90°入射角度下的射播效果最好。同时,为实现田间作业时小麦种粒的垂直射播入土,应使射播速度水平分量与机具作业速度相等且射播速度垂直分量≥25m/s。试验结果可为非接触式小麦射播装备的研制提供基础数据和技术支撑。     

基于仿真与试验的可变型孔立式复合大豆种盘参数优化

为提高立式排种器对种子尺寸适应性,增强机械式精密排种器市场竞争力,研究一种型孔径可变的复式种盘,并对其参数优化。设计由充种勺轮、导种轮、护种板和调节挡板组成的可变型孔立式复合种盘,只需定量改变调节挡板的调节间隙即可播种不同尺寸大豆种子。通过EDEM仿真及试验,优化得出该复合种盘型孔特征参数最优值,仿真优化得出种勺倾角θ的最优参数值为30°,种子尺寸范围4.5~6.0、6.0~8.0、8.0~10.5和10.5~13.0 mm时,对应的调节间隙d分别为0、2.5、3和5 mm。优化参数后的种盘经样机试验具有良好作业性能与种子适应性,可为该项技术产品转化设计奠定基础。     

对置斜盘高速精密大豆排种器设计与充种机理分析

针对机械式精密排种器在工作速度提高时,充种指数下降较快,从而导致作业质量严重下降的问题,在理论分析的基础上,创新设计了一种对置斜盘大豆排种器。该型排种器充分利用壳体的结构空间布置核心部件,从而提高排种频率、改变充填模式、增加充填力种类,以适应高速作业需求。根据该排种器的工作原理建立数学模型,分析种盘在不同倾斜角度时充填力的变化规律,优化角度为20°;运用工程离散元方法(engineering discrete element method,EDEM)将对置斜盘排种器与一种具有一定高速作业能力的双腔立式复合圆盘排种器进行虚拟仿真及样机试验对比,进一步验证了该种结构形式的优越性,试验结果表明在8~12 km/h高速区段平均合格指数较对照排种器提高约3.6%。研究为高速机械式精密排种器的设计与开发提供了机械形式方面的创新思路以及分析方法方面的借鉴与指导。     

香蕉秸秆离散元仿真粘结模型参数标定与试验

为提高离散元法对指导香蕉秸秆粉碎还田装备设计与优化的准确性与可靠性,本文利用Hertz-Mindlin with bonding接触模型建立香蕉秸秆离散元粘结模型并进行参数标定。运用高速摄影技术开展碰撞恢复试验、静摩擦及滚动摩擦台架试验,确定了香蕉秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数等基本离散元模型接触参数。开展香蕉秸秆物理与仿真剪切试验,获得破坏香蕉秸秆外皮的力学特征曲线,确定物理最大剪切力为122.41N;通过中心组合设计（Central composite design, CCD）响应面法确定香蕉秸秆粘结模型的法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力的最佳参数组合为5.89×107N/m、2.49×106N/m、1.39×105Pa、1.34×105Pa。以参数标定结果进行仿真验证,结果表明,仿真剪切力结果与物理剪切力相对误差仅为2.34%,验证了该粘结参数标定方法的可行性,可为香蕉秸秆粉碎还田机设计与研究提供理论参考。     

地轮中置式高机动性宽幅农具机架平台研究

针对大型宽幅农机具运输和田间转移困难,现有形式复杂或操作不便等问题,研究一种高机动性宽幅农具机架平台。平台采用中置式作业与运输兼用型地轮技术方案,配套动力离合、液压同步升降、机械锁定、车轮方向变换、传动比调节等附属机构,实现横向悬挂作业与侧向牵引运输状态方便快捷的转换。通过理论分析结合数字样机虚拟仿真,确定了变形及液压加力等核心机构的参数,并对比了与常规地轮前置机架的耕深控制特性,地轮与作业部件安装位置与距离所产生的仿形超前或滞后问题得到明显改善。为检验研究成果,以平台为载体设计了高机动性24行大豆密植平播机,并进行了工程结构分析与优化。样机试验表明,作业效果良好,平台各项指标满足设计要求,作业与运输状态转换单人操作用时小于8 min,运输过程安全、稳定。     

针孔管式小麦匀播机构气力损耗特性数值分析与试验

针孔管式小麦匀播机构的气道结构复杂、排布密集、截面积多变、弯折狭长,对气流的流通造成阻碍。为优化机构参数、减少气力损耗、提高气力利用效率,本文通过对流体域内可导致气力损耗的区域(变截面狭长圆柱区域、输气管弯折区域、气室汇流区域及负压口-气室连接区域)进行分析,明晰了各区域产生气力损耗的原理及类型,得出横向输气管直径、输气管夹角及负压口直径是影响气力损耗的关键参数。以上述参数为试验因素,以吸种孔平均气流速度、吸种孔最低气流速度及吸种孔速度标准差为试验指标,利用Fluent软件进行三因素三水平正交仿真试验,得到各参数对指标的影响程度,并确定气力损耗最小的参数组合为:横向输气管直径8 mm、输气管夹角105°、负压口直径36 mm。在此参数组合下,吸种孔平均气流速度为86. 4 m/s,吸种孔最低气流速度为75. 16 m/s,吸种孔速度标准差为7. 35 m/s。样机试验结果略小于仿真结果,但趋势一致,验证了数值分析的可靠性。     

腔盘式精量穴施肥装置设计与试验

施肥方式粗放是造成我国肥料利用率低的主要原因之一。与条状施肥相比,穴式施肥可有效提高肥料利用率。本文设计一种用于颗粒状肥料穴式施用的腔盘式精量穴施肥装置,通过理论分析确定了装置的主要结构和工作参数,并探讨了肥腔形状(圆弧型、直线型-钝角、直线型-锐角和抛物线型)对肥料运动的影响。运用离散元法(EDEM)对不同结构和作业参数下的排肥盘充肥性能和肥群运动进行了仿真分析,结果表明:肥腔形状、前进速度和施肥量对各穴排肥量变异系数均有显著影响,随前进速度的增大和施肥量的减少,变异系数增大,且圆弧型肥腔排肥稳定性最好;前进速度和肥腔形状对肥料扰动度有显著影响,排肥盘经过箱体的时间及其对肥料扰动的形式和扰动量是影响排肥量稳定性的主要原因。在前进速度7 km/h、排肥量300 kg/hm~2的条件下,对4种排肥盘进行台架试验,结果表明,圆弧型肥腔性能最优,排肥量合格率为94%,各穴排肥量变异系数为6.5%,与仿真结果呈现相同规律,且满足作业排肥要求。     

腔盘式精量穴施肥装置设计与试验

施肥方式粗放是造成我国肥料利用率低的主要原因之一,与条状施肥相比,穴式施肥可有效提高肥料利用率,但目前尚缺乏成熟的穴式施肥装备。为此,本文设计一种用于颗粒状肥料穴式施用的腔盘式精量穴施肥装置,通过理论分析确定了装置的主要结构和工作参数,并探讨了肥腔形状(圆弧型、直线型-钝角、直线型-锐角和抛物线型)对肥料运动的影响。运用离散元法(EDEM)对不同结构和作业参数下排肥盘充肥性能和肥群运动进行了仿真分析,结果表明:肥腔形状、作业速度和施肥量对各穴排肥量变异系数均有显著影响,随作业速度的增大和施肥量的减少,变异系数增大,且圆弧型肥腔排肥稳定性最好;作业速度和肥腔形状对肥料扰动系数有显著影响,排肥盘经过箱体的时间及其对肥料扰动的形式和大小是影响排肥量稳定性的主要原因。在作业速度7 km/h,排肥量300 kg/hm2的条件下对4种排肥盘进行台架试验,结果表明圆弧型肥腔性能最优,排肥量合格率为94%,各穴排肥量变异系数为6.47%,与仿真结果呈现相同规律,且满足排肥要求。     

芒果采收车机械臂运动特性分析及试验

为提高芒果采收车机械化采摘的适应性，该研究采用多体动力学理论方法对其机械臂的运动特性进行分析。首先，结合芒果生长和农艺特征及采摘机械臂几何构型与向量特性，运用D-H法建立了机械臂运动学模型以探索其运动特性，并进行末端执行器运动轨迹规划。轨迹规划结果表明末端执行器运动平稳，满足芒果采摘运动要求。进一步地，利用拉格朗日法构建了机械臂的动力学模型，对其进行了正逆动力学仿真验证，以深入了解机械臂的关节运动特性。动力学分析结果表明，在恒力矩工况下，伸缩装置和摆动装置的运动呈现一定的周期性，摆动装置、旋转装置角加速度和伸缩装置加速度均约在1.25、2.3、4.15 s达到阶段峰值；在仅做摆动周期运动的情况下，旋转装置、摆动装置所受驱动力矩均近似呈周期性变化，峰值分别为72.5与52 N·mm，且在一个运动周期内，均有两个极大值点。对机械臂结构进行仿真模态计算和模态试验，结果表明前六阶固有频率误差在5%以内，验证了芒果采收车机械臂多体动力学仿真建模的准确性。研究结果可为保证有效实现机械臂的采摘效果及提高其可靠性与稳定性提供依据。     

仿形进阶式天然橡胶自动割胶机设计与试验

为解决我国天然橡胶割胶工作强度高、技术难度大及割胶工紧缺等问题,本文设计一种仿形进阶式天然橡胶割胶机,通过分析割胶轨迹得到割胶轨迹方程,设计采用丝杠传动实现竖直运动和圆柱齿轮啮合传动实现椭圆运动的复合运动为割胶运动方式。工作时,整机通过可调式捆绑机构固定于橡胶树上;利用Arduino开发板控制电机的动作顺序,采用直流推杆控制割胶机进刀退刀动作,采用减速步进电机完成割胶机复合割胶运动,采用步进电机完成移位动作。为验证该机性能,利用Design-Expert软件设计并进行林间试验。结果表明：当割胶机在减速步进电机转速21 r/min、刀具角度25°和拉簧预紧力20 N时,割胶质量最佳且耗电量最低,前5 min排胶量为6.29 mL、平均耗电量为1.07 W·h,满足设计要求。