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。     

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。     

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同，果树根系分层吸肥能力不同，有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题，本文设计了排肥控制系统，可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度，实时计算液压马达的理论转速，并采用PID算法控制比例流量阀开度，调节马达转速驱动螺旋输送器排肥，实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真，整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min，达到稳定转速的时间最大为6s，控制性能较好，表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真，能够快速便捷地整定PID参数，结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%，变异系数最大8.69%，排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能，能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

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。     

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。     

酿酒葡萄果实振动脱粒特性研究

葡萄果粒在不同振动条件下的脱粒特性,可以为葡萄振动式采摘机构的设计研发提供理论依据和技术支持。为此,研制了振动式果粒脱粒试验台,主要包括振动台、高速摄影仪和单片机控制系统。通过对葡萄果粒的正交试验,得出了果粒脱粒特性与振动频率、果粒质量及振动振幅之间的关系,并通过高速摄影分析果粒在振动过程中运动规律,进而对果粒的疲劳特性进行了分析。试验结果表明:影响葡萄果粒脱粒特性唯一显著因素为振动频率,最佳频率为4~4.5Hz;振动葡萄脱粒的最大拉力应保证大于0.2N;振动频率应该选大于4Hz,振动脱粒对葡萄果粒的作功小于0.5J。     

枸杞气吸采摘参数试验研究

为了获取气吸采摘枸杞果实的最佳工作参数,首先测得枸杞的相关力学参数,运用FLUENT软件对气吸式枸杞采摘试验装置的气吸管道进行建模仿真,得到了气吸管道内气体压力云图及速度云图,并对枸杞进行了气吸采摘试验。将仿真与实测的数据对比分析后,发现管径22、25、32mm的气吸管出入口的压差和风速差的仿真结果与实测数值接近,误差较小,证明了试验结果的可靠性。最终,确定了采摘枸杞的最佳工作参数:气吸管径为25mm,风速为27. 5m/s,气吸角度为90°,此时成熟枸杞脱落所需时间平均为1. 92s,破果率为6. 67%。该研究可为气吸式枸杞采摘机的研发提供参考依据。     

自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土壤清除率为59.73%,与仿真试验的土壤清除率相对误差约为8.50%,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,满足自动避障式葡萄藤防寒土清土作业要求。研究结果可为触土机具避障机构的整体设计及优化提供理论依据和技术支撑。     

叶轮旋转式葡萄藤埋土单边清除机研制

针对目前春季中国北方葡萄种植主产区人工进行葡萄藤清土作业效率低、机械化程度低等问题,该文设计了一种适应于单边清土的叶轮旋转式葡萄藤清土机,主要由机架、刮土部件、叶轮部件和平土搅龙部件组成。刮土部件和叶轮部件能够分别将葡萄藤上方和侧面土壤清除,平土搅龙部件能够将清除的土壤进一步向行间输送并使其均匀地平铺在葡萄行正中间。以机器前进速度、叶轮转速和搅龙转速为因素,以清土中心距为指标,在离散元软件EDEM中对葡萄藤清土机作业进行仿真试验,得到最佳工作参数:前进速度1.2 m/s、叶轮转速420 r/min、搅龙转速300 r/min,此时清土中心距为44 mm。加工物理样机并进行田间试验,田间试验结果与仿真结果基本一致,两者清土中心距的相对误差约为15%,满足葡萄藤清土机单边清土的作业要求。该研究可为后续其他类型葡萄藤清土机的研制提供参考。     

有机肥深施机肥块破碎刀设计与试验

结块的有机肥肥效难以释放,而且不利于机械化作业。为了更好地破碎肥块,该文针对有机肥深施机锯齿形碎肥刀片进行了仿真分析与优化。在EDEM中选择Hertz-Mindlin with bonding粘结模型建立肥块模型,基于单轴压缩试验对肥块的粘结参数进行标定,并建立了单个刀片单次碎肥的仿真模型。通过单因素仿真试验分析了碎肥刀的转速、滑切角、刃口角、齿宽和齿高等参数对刀片所受最大阻力及肥块破碎率的影响;以刀片所受最大阻力与肥块破碎率的比值作为评价指标,进行均匀设计仿真试验,得到评价指标与碎肥刀参数的回归方程,并利用Matlab优化工具箱得到最优的碎肥刀和作业结构参数,即碎肥刀转速300 r/min,滑切角8°,刃口角50°,齿宽3.9 mm,齿高2 mm。以碎肥刀最优参数进行不同粒径肥块的破碎试验,试验结果表明,优化后碎肥刀具有较低的能耗和较高的碎肥质量,在2.4kg/min的作业效率下,平均能耗最大476.90 W,破碎后肥块粒径均小于20 mm,所设计的碎肥刀可用于有机肥的碎肥作业。