油菜钵苗移栽机成穴器外形优化试验研究

为了降低油菜钵苗移栽机成穴器的入土阻力及穴内回土量,根据油菜钵苗移栽的农艺要求,结合垂直入土成穴作业的特点,开展了成穴器外形优化研究。以油菜钵苗移栽机成穴器外形（方锥台形、圆柱台形、正菱台形）、下端尺寸、入土深度为试验因素,利用离散元法对成穴过程进行仿真分析,以成穴器的入土阻力与穴内截面回土系数为指标评价各试验因素对成穴作业质量的影响。仿真结果表明,较优的成穴器外形为圆柱台形,所成孔穴上端尺寸为72 mm,有效深度为43 mm,入土阻力为62.8 N,穴内截面回土系数为0.07。结合物理试验对成穴器作业性能进行验证,结果表明,孔穴上端尺寸、有效深度、入土阻力和穴内截面回土系数的试验结果与仿真结果之间的误差平均值分别为5.7%、6.9%、5.3%、22.2%。结果表明,优化后的成穴器外形及参数组合合理,所成孔穴满足设计要求。     

基于离散元法的油菜移栽垂直入土式成孔部件参数优化

针对南方稻田前茬秸秆存量多、土壤黏重导致油菜移栽机成孔部件作业阻力大、孔穴形态不稳定的问题,对自主研制的履带式油菜苗移栽栽植孔成型机构的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度进行单因素、多因素离散元仿真试验。结果显示:成孔部件的锥刺直径、锥尖倒角、入土深度对锥刺入土的有效深度及入土阻力有显著影响,且存在显著的交互作用;多因素仿真试验的最优参数为锥刺直径52 mm、锥尖倒角40°、入土深度86.30 mm。对最优参数得到的锥刺进行EDEM仿真和室内土槽对比试验,结果 EDEM仿真与土槽试验锥刺入土阻力变化趋势一致,孔形有效深度分别为55.4 mm和56.6 mm,误差率为2.1%;锥刺入土阻力分别为57.5 N和54.7 N,误差率为4.9%。     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

柑橘育苗钵装填成穴生产线的设计与试验

柑橘工厂化容器育苗的砧木苗在带基质移栽过程中,育苗钵装填和移栽穴成型均由人工作业完成,劳动强度大、效率低、作业质量较差.针对这一问题,研究设计了一种育苗钵装填成穴生产线.整机主要由装填模块、浇灌模块、冲穴模块3部分组成,配合以8个育苗钵为一组的转运框,进行流水作业.主要设计了具有苗钵支撑和快速卸载功能的转运框、具有均匀装填功能的分流-刮土装置、定量浇灌装置和冲穴装置,并开发了整机的控制系统.分析了生产线关键工作过程,并采用正交试验法优化了工作参数.以装填量、装填均匀性为评价指标开展装填试验,结果表明当营养土体积含水率为3%、提升机速度为0.25 m/s、卸料高度为580 mm时装填效果最好.以孔径收缩率、育苗钵塌陷高度和营养土沉降高度为评价指标开展浇灌-冲穴试验,结果表明当浇灌总量为450 mL、浸润时间为19 s、冲穴柱锥尖角度为35°、冲穴速度为200 mm/s、冲穴柱穴底停留时间为2 s时成穴效果最好.最优参数组合下,整机工作效率大于2 300钵/h,且装填成穴效果好,能够满足柑橘育苗钵装填成穴在线自动化生产需求.     

深施肥条件下双圆盘播种开沟器性能优化

针对东北地区深施肥播种作业中播种开沟器回土性能差导致播种深度过深或烧种等问题,分析双圆盘播种开沟器回土性能。建立双圆盘开沟器与土壤运动模型,分析空间土壤颗粒位移影响因素。分析双圆盘开沟器作业后土壤回流状态,利用沟形轮廓仪绘制沟形轮廓曲线,采用分段曲线拟合方式结合数学积分法得出播种开沟器回土面积。以牵引阻力和回土面积为评价指标,土壤含水率、双圆盘开沟器直径、夹角、倾角为变量,在土槽中作正交试验。采用极差法分析试验结果,得到影响双圆盘开沟器牵引阻力和回土面积主次因素及双圆盘开沟器最优组合:在土壤含水率为12%±1%情况下,开沟器圆盘直径320 mm、圆盘夹角12°、圆盘倾角6°。选用最优参数组合双圆盘开沟器与传统双圆盘作土槽和田间对比试验,结果表明,最优参数组合双圆盘开沟器作业性能优良,可为双圆盘播种开沟器优化设计提供借鉴。     

基于DEM-MBD耦合的滚勺式精量穴播器成穴器运动参数优化

针对滚勺式精量穴播器固定成穴器成穴轨迹呈余摆线,余摆线过大造成撕膜和挑膜的问题,同时为降低株距的差异性,基于离散元法和多体动力学耦合方法对穴播器成穴器运动过程进行仿真分析。以牵引速度、牵引角度和穴播器质量为影响因素,以余摆线宽度、株距和播种深度为响应值,通过预试验和单因素试验确定各因素对响应值的影响规律,基于前期仿真试验结果开展多因素仿真试验获得最优参数组合,并通过田间试验验证最优结果的可靠性。结果表明：滚勺式精量穴播器成穴器运动的最优参数组合为,牵引速度523.43 mm/s、牵引角度21.9°、穴播器质量18.2 kg,此时株距为196.84 mm,余摆线宽度13.98 mm。以最优参数组合进行验证试验,株距为193.86 mm,相对误差1.51%;余摆线宽度13.28 mm,其相对误差4.39%。     

铲筛式农田石块捡拾收集机仿真与试验

针对农田表层土壤中含有较多石块容易造成水土肥流失,影响作物生长以及降低触土农业机械使用寿命的问题,设计一种铲筛式农田石块捡拾收集机,捡拾并收集土壤表层0～350mm深度范围内的石块,应用离散元法和田间试验对机具工作参数进行优化。采用EDEM软件对输送分离筛与石土混合物的相互作用过程进行数值模拟,设计Box-Behnken仿真试验研究输送分离筛的3个工作参数（线速度、振幅和振频）对石土筛分、输送过程的影响,并以收集箱内石土混合物的含土率为评价指标,对输送分离筛的工作参数进行优化;以仿真优化的工作参数进行田间试验,验证机具的作业性能,并将仿真优化结果与田间试验结果进行比较。结果表明：1）振幅、线速度和振频对含土率影响显著,含土率随线速度增大而增大,随振幅和振频增大而减小,线速度与振幅对含土率具有显著的交互影响作用,三者对含土率的影响依次减弱;最优参数组合为,线速度1.6m/s、振幅35.5mm、振频10.67Hz,该条件下仿真试验的含土率为7.17%;2）最优参数组合下田间试验的含土率为10.73%,与同条件下仿真试验结果差异较小,说明仿真优化的工作参数准确、可靠;田间试验的石块漏捡率为4...     

螺旋带状整地装置功耗分析与试验研究

螺旋带状整地装置可解决传统全幅旋耕整地能耗高、土壤扰动大等问题,为探明螺旋带状整地装置工作参数对作业功耗影响规律,基于土壤强度破坏机理,建立螺旋带状整地装置切土、抛土功耗模型,得到螺旋带状整地装置作业功耗与结构参数、工作参数、土壤物理及力学性质函数关系.依据东北土壤物理和力学性质建立土壤离散元仿真模型,运用EDEM仿真试验,以入土角度、作业速度、螺旋叶片转速为试验因素,以作业功耗为试验指标,作二次正交旋转试验,得到影响螺旋带状整地装置作业功耗因素顺序为作业速度>螺旋叶片转速>入土角度;利用土槽试验台测定螺旋带状整地装置不同工况下作业功耗,并与离散元仿真值作对比,得出仿真值与实测值相对误差均值为8.34％,说明该离散元仿真模型可较准确反映螺旋带状带状整地装置作业功耗.研究可为螺旋带状整地装置结构优化、动力合理配套和功耗特性研究等提供参考.     

三七育苗播种覆土镇压装置的研究设计与试验

【目的】为提高三七育苗品质,针对槽式三七育苗播种行株距小、播深浅的特殊农艺要求,设计一种集覆土、镇压功能为一体的密集型种沟覆土镇压装置。【方法】在田间试验确定三七出苗率高、种苗品级最佳的基质紧实度范围的基础上,对镇压辊与土壤接触进行动力学分析,确定覆土镇压装置相关参数;借助离散元法对覆土镇压过程进行仿真分析;以开沟深度、播种机前进速度为试验因素,以覆土厚度及一致性为试验指标进行土槽试验,验证覆土镇压装置相关结构参数是否满足要求。【结果】由田间试验得到基质紧实度范围为200～400 kPa。覆土镇压装置结构参数为:镇压轮直径150 mm、弹簧最大刚度140.5 N/mm。由仿真分析得到覆土厚度为9.77～11.40 mm,粒距偏移量为0.07～6.23 mm,行距偏移量为0.03～1.43 mm。土槽试验结果表明,最优工作参数为:开沟深度为25 mm、播种机前进速度为0.16 m/s,此时覆土厚度均值为11 mm、覆土厚度一致性为85.15%,覆土镇压后基质紧实度为300～360 kPa。【结论】由仿真分析和土槽试验可知,覆土镇压装置设计满足三七育苗播种时基质紧实度和覆土厚度的农艺要求,...     

精量穴播轮膜上成穴性能的虚拟仿真分析

【目的】探讨穴播轮成穴部件的运动轨迹,为穴播轮成穴机理研究及穴播轮成穴性能测试提供参考。【方法】利用虚拟样机技术,在UG软件中建立穴播轮运动分析主模型,通过UG用户界面模块、求解器模块和后处理模块,对穴播轮成穴过程,包括成穴过程中成穴部件的开启及运动轨迹、成穴形状等进行仿真分析,利用仿真试验测试不同前进速度、滑移率、入土深度条件下穴孔的大小及不同条件下的成穴效果,并采用正交试验方法分析各因素对穴孔大小的影响。【结果】前进速度对穴播轮成穴性能的影响与成穴部件出土角和入土角有关,且随滑移率的增加而加大,随入土深度的增大而减小;滑移率对穴播轮成穴性能有显著影响,在入土深度一定的情况下,穴孔的大小随滑移率的增加先逐渐减小后又逐渐增大,且活动鸭嘴对穴孔的影响增大,撕膜、挑膜现象加剧;入土深度对穴播轮成穴性能影响显著,随入土深度的增加穴孔增大,但成穴部件入土和出土作业对穴孔、膜孔的影响降低。【结论】所设计的穴播轮在结构及参数上均能较好地满足设计要求,在规定的作业条件下成穴效果满足技术要求。在作业中应尽量减小穴播轮的滑移率,并同时保证入土深度的一致性。     

油菜钵苗移栽机栽植机构参数匹配与轨迹分析

针对油菜钵苗移栽机的结构参数对栽植稳定性的影响及拖拉机田间作业时部分工作参数受载波动影响栽植性能等问题,采用ADAMS建立参数化模型,开展栽植机构结构参数(栽植臂、从动栽植臂、连杆)及作业参数匹配研究和轨迹分析,确定机组前进速度v(m/s)与栽植频率f(株/min)的匹配范围。结果表明:当栽植臂长度为300mm、从动栽植臂长度为305mm、连杆长度为95mm时,栽植轨迹高度为225mm,其中连杆长度对栽植性能有较大影响;在理论可行范围内,当f/v比值为200时,栽植轨迹达到最优,且随机组的前进速度增加,对应的可行栽植频率范围呈线性关系随之增大,栽植机构可适应株距范围为240~375mm。同时,应用高速摄像在线观察得出,栽植机构实际运动轨迹与理论分析基本吻合。田间试验表明:穴深合格率为90.7%,变异系数为7.1%,穴口长度合格率为84%,变异系数为6.6%,满足栽植要求。     

气动式水稻株间机械除草装置研制

目的 针对水稻株间机械除草自动化程度低、难度大的问题,在机器视觉识别定位技术研究的基础上,研制一种气动式水稻株间机械除草装置。方法 采用机械设计理论、离散元动力学仿真方法结合田间试验,研制出气动式水稻株间机械除草装置。首先对气动式株间除草机构的结构进行设计,运用运动学方程计算并确定机构的几何参数,通过Pro/E运动学仿真验证机构的可行性;然后对除草刀齿与水田土壤的相互作用过程进行仿真,并对仿真结果进行验证试验;最后进行田间试验验证整机工作性能,并利用三因素五水平二次旋转正交试验对影响除草率与伤苗率的工作参数进行分析。结果 气动式水稻株间除草机构连杆长35.00 mm,摆杆长72.24 mm,除草部件到回转中心水平距离为84 mm,垂直距离为191 mm。离散元动力学仿真分析表明,倾角为10°的弯齿刀除草刀齿与土壤的接触阻力较小,阻力平均值为3.12 N,且对土壤的扰动程度较大,受影响的面积达149.69 cm²。田间试验中,在机具前进速度0.25 m/s、气缸伸缩速度0.45 m/s和除草深度2.5 cm的工作参数下,平均除草率为83.91%、伤苗率为3.63%。结论 该机具满足除草率大于80%、伤苗率小于4%的设计要求,能够满足水稻株间避苗除草的作业要求。     

基于Pro/E及ADAMS液态施肥机扎穴机构的设计与仿真

为了达到液态施肥机高速作业的目标,试验设计了一种运动平稳的椭圆齿轮行星系作为液态施肥机的扎穴机构。为满足喷肥针垂直入土、出土时扎穴深度120~150 mm的工作要求,设计参数为:椭圆齿轮长半轴29.364 mm、齿数23、短半轴与长半轴比0.958,正圆齿轮半径25 mm。应用三维造型设计软件Pro/E,绘制机构各零部件模型并装配,通过改变保存文件的类型实现Pro/E与ADAMS数据交换。在ADAMS中建立机构虚拟样机和运动学仿真,得到扎穴机构针尖的运动轨迹并进行分析。结果表明,应用虚拟样机技术可以实现扎穴机构的快速设计、准确分析,提高了设计速度,减少了设计成本。     

液肥注射式变形齿轮扎穴机构设计与试验

针对现有扎穴机构存在传动系统复杂、扎穴穴口较大等问题,设计传动系统简单且可实现穴口小变形齿轮扎穴机构。根据变形齿轮啮合特点,构建扎穴机构变形齿轮行星轮系节曲线数学模型。应用VB语言开发该扎穴机构仿真优化软件,分析变形齿轮长半轴a、变形齿轮偏心率e、变形齿轮变形系数m1等重要参数对扎穴轨迹影响,通过人机交互方式优化可满足扎穴机构工作要求的结构参数。应用Pro/E软件建立扎穴机构三维模型,ADAMS软件模拟仿真,喷肥针尖运动轨迹曲线与理论分析轨迹一致,验证机构设计合理性。台架试验总平均穴口宽度为21.1 mm、穴距220.1 mm。结果表明,该扎穴机构满足喷肥针扎穴穴口性能要求,可为深施型液态施肥机设计提供理论参考。     

基于响应曲面法的窝眼轮式三七精密排种器性能试验

【目的】优化三七窝眼轮式排种器的结构参数,提高排种器的排种性能。【方法】以三七种子为研究对象,选取排种器的型孔数量、型孔直径、型孔深度和窝眼轮转速4个因素进行2次正交旋转组合试验;利用自制土槽试验台测试试验组排种合格指数、重播指数和漏播指数;通过响应曲面法对试验结果进行分析;建立各因素和试验指标的二次回归模型;分析各因素、各因素交互项和二次项对合格指数的影响规律;优化试验因素,并进行试验验证。【结果】影响排种器合格指数的因素主次顺序为型孔直径、型孔深度、型孔数量和窝眼轮转速。当型孔深度为5.4mm,窝眼轮转速为35 r·min-1,型孔数量为12~14,型孔直径为7.7~8.2 mm时,排种合格指数大于90,重播指数和漏播指数均小于5。优化参数后的验证结果与优化结果基本一致。【结论】可通过响应曲面法优化排种器性能。该研究可为三七播种机设计提供理论依据,为三七机械化种植奠定基础。     

铲式玉米精密播种机仿真及虚拟设计研究

为了克服传统播种机在地表覆盖和免耕条件下开沟播种中存在的问题，将铲式成穴器与倾斜圆盘勺式玉米精密排种器组合设计成铲式玉米精密播种机。在对铲式成穴机构成穴机理进行理论分析的基础上，实验研究了成穴器参数对成穴质量的影响，建立了穴孔长度、穴孔宽度和穴距与成穴器参数间关系的回归方程，并通过计算机仿真技术模拟分析了打穴铲的运动规律，为成穴器的设计提供了依据。通过实验研究建立了排种器排种质量与参数间关系的数学模型，并对参数进行了优化。利用Pro／E建模和装配，对铲式播种机进行了虚拟设计，并采用ADAMS对其工作过程进行了动态仿真。进而采用神经网络优化技术，确定了播种不同玉米种子时播种机的优化参数，为铲式玉米精密播种机的设计提供了系统的理论和方法。     

新型冬季葡萄越冬埋藤机的设计与试验

为解决现有多数葡萄埋藤机埋土量少和埋藤质量差等问题,研制了一种新型冬季葡萄越冬埋藤机。对该机的关键部件：掘土部件,输土机构和减速、换向装置进行了设计研究,并采用正交试验方法进行了田间试验,以掘土铲的长度、纵向输送带的线速度与横向输送带的线速度为因素,以覆土厚度、覆土宽度和抛土距离为指标。在利用试验结果的基础上做出了方差分析,得出影响葡萄埋藤机工作性能的因素主次,进一步优化了组合部件参数。试验结果表明掘土铲的长度为40 cm、纵向输送带的线速度为1.4 m·s^-1、横向输送带的线速度为1.65 m·s^-1时,葡萄埋藤机的埋藤效果良好,能够满足葡萄越冬埋藤的农艺要求。