梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机研制

为了解决耕层残膜污染问题，该研究设计了一种梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机。该机主要由机架、梳齿、梳齿辊、重力沉降室、离心风机组成。梳齿辊是该回收机的核心机构，其辊筒上布置有多排梳齿，通过梳齿辊的旋转实现松土和残膜-土壤分离；利用EDEM离散元软件建立梳齿辊模型，仿真研究了梳齿排列方式和梳齿结构对梳齿辊入土过程中前进阻力和阻力矩的影响，确定了齿刀螺旋排列方式。吸膜机构的作用是实现残膜的连续回收及膜土分离。建立了残膜在吸膜区的运动学方程，通过对方程分析求解，探明了梳齿辊转速和吸膜口风速对残膜运动轨迹的影响，确定梳齿辊转速应小于120 r/min，吸膜口风速应大于15 m/s。为了获得回收机的最佳作业参数组合，进行了土槽响应曲面优化试验，得出最佳参数组合：吸膜口与竖直面之间的角度为-7°、机具前进速度为2 km/h、梳齿辊转速为100 r/min、吸膜口风速为22 m/s。田间试验结果表明：最佳参数组合作业时，残膜拾净率为55.04%，比预测值小1.63%，优化方法可靠。     

水旱两用秸秆还田组合刀辊作业性能试验

为了检测水旱两用秸秆还田组合刀辊的田间作业质量和功率,采用无线遥测技术,利用动力输出轴一体化扭矩传感器,对安装组合刀辊的耕整机进行了田间作业质量和作业功耗优化参数性能测试试验,并与传统旋耕刀辊、螺旋刀辊进行田间作业质量及功耗对比试验。田间试验结果表明:组合刀辊性能检测试验中,水田和旱地植被埋覆率分别为94.3%和96.5%,耕深分别为20.8和20.3 cm,耕深稳定性分别为92.3%和90.6%,耕后地表平整度分别为0.9和1.2 cm,功率消耗分别为27.6和31.2 k W,均达到了设计目标;与其他刀辊对比试验中,组合刀辊作业质量优于螺旋刀辊和传统旋耕刀,作业功耗稍高。该研究可为实现水田和旱地高茬秸秆埋覆还田和土壤耕整提供参考。     

我国棉秆机械收获技术现状分析及对策研究

棉秆是一种重要的潜在农业生物质资源,其在农畜业、工业、能源、环保等领域有着十分广泛的用途。棉秆人工收获劳动强度大且生产率低,进行棉秆机械化收获相关技术研究,将为棉秆资源的综合利用提供条件。本文分析棉秆力学特性研究现状,提出后续研究中应对棉秆剪切、压缩过程中的变形规律进行综合分析,同时考虑实际拔秆作业中多个作用力的耦合机制;分析起拔收获阻力研究中尚存在的问题,为获取棉秆起拔阻力参数及其综合影响因素,需进一步开展多因素试验、仿真研究;针对目前棉秆机械收获技术的特点,将现有棉秆收获机分为对行式和不对行式两大类,分析两种类型收获机的收获原理、作业特点及各自存在的问题,得出从节能降耗、绿色发展的需求出发,应加强基于对行起拔技术的棉秆联合收获机的研发,并结合不同地区棉花种植特点,提出因地制宜开发适用棉秆收获装备的对策。     

旋耕埋草机立刀设计功能实现程度的分析

以1GMC-70型船式旋耕埋草机立刀为研究对象,分析立刀设计功能,建立立刀刃口函数曲线,并利用Matlab软件进行立刀运动学分析。结果表明:立刀当前的结构参数不能很好地与其设计功能相匹配,立刀对螺旋横刀切土节距的增加量小于螺旋横刀切土节距的1/3,立刀自身的秸秆切断效应以及辅助螺旋横刀处理秸秆等效应都比较弱;立刀对未耕土壤有破茬作用,但破茬深度约为垡片最大厚度的1/3,破茬效应较小;立刀对刀辊后方已耕土壤几乎没有碎土效应;立刀没有将垡条切断,它只切割了垡条横截面积的40%左右;立刀的4-3-4-3-4焊接排布方式没有增加自身作业机会。田间作业试验表明,旋耕埋草机是否设置立刀对作业效果没有区别,故在当前结构参数下立刀没有实现其设计功能,建议重新设计立刀。     

密植棉秆对行铲拔铺放机设计与试验

为实现机采棉密植棉秆机械化对行、低耗收获目标，融合机采棉宽窄行密植种植农艺要求，基于对行低耗铲切方法和反向推拔作用原理，设计了一种密植棉秆对行铲拔铺放机。简述了整机结构和工作原理，结合相关作业性能要求，通过分析计算确定了对行铲切装置、铲切调节装置和齿型推拔辊的结构参数，并完成了关键部件的工作参数分析，确定对行铲切装置最小铲倾角为5°、铲切调节装置铲倾角调节范围为5.00°~8.95°、齿型推拔辊转速取值范围为97.66~391.16r/min。田间试验表明，该机可实现压、铲、拔、铺放棉秆等多项作业，且具有分离泥土的功能；根据试验田密植棉秆根系扎根深度，调整机组使对行铲切装置铲切深度约为11.5cm，此时对应铲倾角约为7.1°，齿型推拔辊旋转半径为245mm；当机组作业速度为2.76~3.39km/h、齿型推拔辊转速为156~174r/min时，该机拔净率为90.87%~91.42%，生产率为0.63~0.77hm2/h，机组作业性能稳定，满足密植棉秆对行整秆铲拔作业要求。     

基于离散元法的棉花窝眼式穴播器排种性能模拟与试验

窝眼式棉花精密穴播器因其结构简单、运行稳定等特点在新疆南疆地区广泛使用。为了研究棉花窝眼式穴播器转速对排种性能的影响,对穴播器结构和排种过程进行了分析,基于离散元法建立了包衣棉种的颗粒模型,并运用EDEM软件对穴播器在10、20、30r/min转速下棉种颗粒的运动过程进行了仿真。仿真结果表明:在取种过程中,棉种颗粒的运动速度在进入取种孔时达到最大,相比而言转速为10r/min时取种更容易,同时会造成重播现象。设计了试验装置,进行了相同转速下穴播器的排种性能试验,结果表明:在转速为10r/min时,穴播器排种率和重播率高;在转速为30r/min时,穴播器重播率和排种率低;在转速为20r/min时,穴播器排种率高且重播率低。研究结果可为南疆地区窝眼式棉花穴播器的优化和使用提供参考。     

高茬秸秆还田耕整机功耗检测系统设计与试验

为检测高茬秸秆还田耕整机田间作业功耗,根据功耗检测原理,采用LabVIEW软件,并结合NI数据采集卡、动态扭矩传感器和电感式接近开关等组成的硬件平台,设计了功耗检测系统。标定试验表明,该系统所检测的0~2 000 N·m范围内扭矩:最大绝对误差为5.367 N·m,此时相对误差为0.27%;所检测的转速:最大绝对误差为0.261 r/min,此时相对误差为0.073%。以耕深、刀辊转速、机组前进速度为影响因子设计了田间正交试验,结果表明:影响高茬秸秆还田耕整机作业功率消耗的首要因素为耕深,其次为机组前进速度,刀辊转速对功率消耗的影响较小;在满足耕整质量的前提下,同时考虑耕整机作业效率,其较优作业参数为:刀辊转速330 r/min,耕深185 mm,机组前进速度3.36 km/h,其平均作业功耗为52.52 kW,秸秆埋覆率达到96.2%。研究结果为高茬秸秆还田耕整机的节能降耗、动力合理匹配和结构优化设计等工作提供参考依据。     

复杂边界田块旋翼无人机自主作业路径规划

针对农用无人机复杂边界田块下的作业问题,提出一种对田块边界形状具有普适性意义的旋翼无人机作业路径规划算法,以快速获得凸多边形、凹多边形、带孔洞多边形甚至多个多边形形式的复杂边界田块情形下的飞行作业轨迹。首先,基于田块边界多边形顶点数据的存储规则,采用多边形分组法,区分所属不同田块的多边形,建立按区域即田块为单元进行航线计算的基础;针对单田块的内、外边界多边形,采用活性边表法实现单个多边形扫描线填充的快速求交解算,得到初始扫描线,再对处于同一航向位置上的内、外多边形两类扫描线组采用线段布尔运算"减法"操作处理,获得预设航向条件下的作业航线;以最小航线间转移路径总长度为优化目标,引入贪婪算法、凸多边形最小跨度法和步进旋转法,综合进行航线排序优化和航向优化,获得不考虑障碍物条件下的完整作业路径。为进一步扩大算法的应用范围,假设田块边界上存在障碍物,且高度大于作业高度,继续增加转移过程的安全性判断及处理算法。针对假想田块和实际田块边界的多组算法仿真试验结果表明,所设计的算法可处理各种复杂边界类型的田块;在不考虑障碍物影响时算法耗时15 ms～19. 2 s;相比于只进行航线排序优化的情况,同时进行航向和航线排序优化后,航线间转移路径总长度下降了23. 04%～45. 98%;而考虑障碍物影响时处理耗时也在离线应用的可接受范围内。该算法的通用性、可靠性、效率和优化效果均可满足各种复杂边界二维田块无障碍物和有障碍物条件下的农用无人机作业的相关要求。     

基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟

为揭示秸秆还田耕整机的螺旋刀辊与土壤之间的关系特性,根据螺旋刀辊切削土壤的工作特点,利用ANSYS/LS-DYNA971软件对螺旋刀辊土壤切削过程进行模拟,得出了螺旋刀辊切削土壤的功率消耗、切削阻力的大小以及土壤等效应力的变化规律.模拟结果表明,螺旋刀辊转速为300 r/min,机组行进速度为1.1 m/s 时,单组螺旋刀辊切削土壤的最大功耗为6.4 kW,最大切削阻力为2820.7 N,且土壤最大等效应力发生在横刀刚入土时的内侧面,所得功耗值与经验推导值相符.研究结果为双轴型水田高茬秸秆还田耕整机的系统参数优化设计提供参考.     

4MB-6型密植棉秆对行铲拔铺放机改进设计

针对原4MB-6型密植棉秆对行铲拔铺放机田间性能试验中存在的减阻装置壅土严重、对行铲切装置处棉秆堆积、拔秆铺放辊拔秆不连续及有效性差等问题，对该机具进行了改进设计；为进一步提高该机具的作业性能，对其核心工作部件的作业机理进行了分析；对行铲切装置采用原地放垡间隔作业技术，当铲切深度约为115mm时，在1幅宽膜内（2050mm），其底部虚实作业比例为1∶242，地表虚实作业比例为1∶0.59，该比例从地面到底部呈连续递减趋势，有利于降低作业功耗；在铲切作业过程中，在梯形框架带刃口的侧板部分和铲切板的挤压、剪切作用下，棉茬周围土壤被剪切和弯曲破坏、土壤-棉根系复合体产生失效被原位抬升于土壤上层，对其余土壤的扰动较小；齿型推拔辊采用反向推拔作业原理，有利于棉秆导入V形刀齿并进行有效夹持，由于其所起拔的棉秆已被铲切抬升，且入土深度（0~10mm）小，因此进一步减小了整机作业功耗。田间试验表明，改进后的机具整机作业性能稳定，对行铲切装置工作流畅，实现了棉秆对行铲切及原位抬升作业目标，齿型推拔辊能有效抓取棉秆，并进行切向甩抛使得整株棉秆根茬土壤分离、铺放于田间，拔净率为90.87%~91.42%，达到了整秆铲拔的设计要求（拔净率90%以上），是新疆棉区棉秆资源机械化收获的适用设备。