果园多工位作业平台低损输送系统设计与试验

为实现矮砧密植型果园采收作业的机械化,基于人机工程学和苹果机械损伤理论,设计一种适用于多工位采摘平台的低损输送系统,满足两侧、三高度、六工位的采摘作业要求,并实现对苹果的自动输送与自动装箱。根据种植间距和果树尺寸,确定子、主、垂直输送装置的尺寸、空间位置和作业参数。试验结果表明:子输送带带速为0.018 m/s,主输送带带速为0.038 m/s,垂直输送带带速为0.042 m/s,主输送带接收苹果的方式为每隔一个间隔接收一次时,苹果损伤率为8.67%,输送系统的最大输送效率为8 640个/h,满足采摘作业要求。     

猕猴桃采摘机器人自动装箱装置的设计与试验

为了提高猕猴桃采摘机器人的工作效率,使果实的自动采摘和搬运装箱能够并行作业,满足果实的无损装箱要求,设计了一种猕猴桃采摘机器人上自动装箱装置。装置主要由搬运传送机构、旋转分离机构、果箱搬运平台机构及控制系统组成。对其中关键部件果实分离机构、缓冲轨道及控制系统进行了设计及仿真试验,并试制了样机。采用正交试验进行装箱试验,结果表明:当缓冲轨道距箱底高度为200mm、旋转导向筒转速为0.2rad/s、传送带线速度为0.1m/s时,猕猴桃的碰撞损伤率为1.75%,可以高效完成猕猴桃的搬运装箱工作,满足设计要求。     

牵引式果园采摘作业平台果实输送系统的研究设计

为实现矮砧密植化苹果园采收环节机械化作业,设计一种基于人工采摘的"双侧、三高度、六工位"采摘平台,并实现对苹果自动输送和装箱。对采摘作业平台的果实输送系统进行设计,其设计充分考虑果实机械损伤理论,利用三级传送装置实现苹果从采摘工位到果箱的传送过程,对各级传送装置的空间布置、结构尺寸和工作原理进行细致而全面的设计与分析。样机试验结果表明:模拟实际采收条件下,传送带速度小于0.2m/s时,果实损伤率不超过10%,每小时的最大采摘量为9 400个,满足设计和实际作业要求。     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。     

履带自走式果园采摘作业平台果实输送装置的研制

为实现果园收获环节的机械化、一体化作业,设计了一款上下两层可调式采摘高度、多采摘工位的履带自走式果园采摘作业平台,对采摘下的水果实现自动输送与收集装箱。考虑果实输送机械对水果的理论损伤以及其它外部因素,设定了由子输送装置汇集到主输送装置,并通过垂直输送装置收集到果箱中的三级输送装置。同时,对采摘作业平台各级输送装置的空间布置和各部分的工作原理及各部分间的配合关系都做了全面细致的设计与分析。实际测试表明:果实的损伤率在6%左右,符合设计和实际工作要求。     

苹果采收平台输送装置设计与优化试验

针对国内苹果园人工采收效率低和损伤率高的问题,设计了一种苹果采收平台输送装置,实现苹果自动输送作业。首先通过对苹果输送过程进行运动学分析,确定影响苹果机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。其次根据Box-Behnken试验设计原理,以输送速度、果托倾角、果托形状为试验因素,以损伤率为试验指标,对苹果采收平台输送装置的作业参数进行试验研究,建立试验指标与试验因素之间的回归模型。最后分析了各因素对试验指标的影响规律,并根据回归模型对试验因素进行综合优化。试验结果表明：当输送速度为0.2m/s、果托倾角为30°、果托形状为圆台体时,苹果损伤率为3.69%,苹果机械损伤明显低于未经参数优化的苹果采收平台输送装置,输送作业效果最好。研究结果可为苹果园采收平台的结构优化和输送作业参数控制提供参考。     

D200型秸秆纤维制取机原料供给系统优化设计与试验

为提高D200型秸秆纤维制取机工作效率,实现对农作物秸秆物料的浸泡、清洗及连续稳定的输送,解决人工喂料时劳动强度大、喂料不均匀等问题,设计了与D200型秸秆纤维制取机相配套的原料供给试验装置。在对浸泡装置、搅拌装置和捞取装置间配合关系及工作原理分析的基础上,以单个耙齿为研究对象,分析了耙齿与秸秆的作业过程,建立了捞取量的数学模型,找出了影响捞取量的主要因素。应用L16(45)正交试验方法,以输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速为试验因素,以捞取效率及其变异系数为评价指标实施试验。试验结果表明:输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速对捞取效率影响极显著(P0.01);输送带线速度对捞取效率变异系数影响极显著(P0.01)。同时利用模糊综合评价方法对试验指标进行综合评价,确定影响综合评价的主次顺序为:输送带线速度、搅拌桨转速、耙齿齿数;最优参数组合为:输送带线速度0.6 m/s、搅拌桨转速40 r/min、耙齿齿数8根。此时,单位时间内捞取效率为1 111.2 kg/h,变异系数为0.124,满足生产要求。     

自走式果园多工位收获装备设计与试验

为解决现代化果园水果收获过程中人工劳动强度大、作业效率低、配套机械匮乏等问题,结合果树矮砧宽行密植模式和农艺种植要求,本研究设计了一种自走式果园多工位收获装备。首先介绍了自走式果园多工位收获装备的整机结构和工作原理,然后根据“两侧、两高度、六工位”采摘作业模式,对履带自走式底盘、扩展作业平台、果实自动输送装箱及转运系统的关键部件进行了参数分析、计算与结构设计。田间试验结果表明,所设计的自走式果园多工位收获装备可同步于六工位人工采收速度,苹果采收损伤率为4.67％,装箱均布系数为1.475,装箱速度为72.9个/min,能够满足果园采收作业要求。     

侧置式马铃薯联合收获机薯块运动分析与试验

针对我国侧置式马铃薯联合收获机收获过程中破损率大、收获效率低等问题，对设计的侧置式马铃薯联合收获机的输送系统进行了分析计算，创新地增加了导向辊；同时，对马铃薯在输送装置上的速度、能量变化及破损情况进行了分析，得出影响伤薯率的关键因素，并进行了仿真试验与田间试验。试验结果表明：在较优参数组合下，即导向辊直径为111.29mm、导向辊与横向传送装置的夹角为43.4°、横向传送装置线速度为1.52m/s时，导向辊造成薯块的等效应变最小，伤薯率为1.2%,明显低于未经参数优化的侧置式马铃薯联合收获机机收损伤情况，符合马铃薯收获作业要求。     

基于Hege16的水稻脱粒及其损伤影响因素试验研究

用破碎率、内部损伤率、平均内部损伤度来定量评价稻谷的损伤程度,并在实验室用Hege 16脱粒机进行水稻脱粒试验,分析了脱粒元件线速度、凹版间隙、喂入量等因素对水稻籽粒脱粒损伤以及装置性能指标的影响。进行了单因素试验与正交试验,正交试验结果表明:凹版间隙对于损失率、破碎率、内部损伤率影响较显著,脱粒线速度对平均内部损伤度影响较显著,喂入量影响不显著;得到脱粒试验的最优参数组合为凹版间隙13 mm,脱粒元件线速度18 m/s,喂入量1. 6 g/s。     

新疆果园有机肥条施机设计与试验

针对目前果园有机肥施肥过程中,有机肥易结拱、堵塞,导致施肥效率低、肥料利用率低等问题,结合果园的施肥农艺要求,设计一种集输肥装置、施肥装置、液压驱动装置、料箱及机架等为一体的适于新疆果园的有机肥施肥机,可将有机肥均匀稳定的条施在果树根侧。该机以液压驱动装置作为动力源,采用刮板输送机构将有机肥由料箱输送至施肥装置上,最终施肥装置将肥料输送到果树一侧,具有减轻人工施肥强度,提高作业效率与肥料利用率等特点。以刮板运动速度、输送带速度为变量因素,以施肥量、输肥稳定性为因变量进行田间性能试验,试验结果表明:最优试验组合水平为A3B2,即刮板速度为0.1m/s,输送带速度为120r/min,在该组合下的施肥量变异系数为0.056 5,且整机施肥量变异系数平均值为0.112 4,有机肥条施机施肥作业稳定性较好,能够满足施肥作业要求。     

自走式马铃薯捡拾机捡拾装置参数优化与试验

为解决马铃薯分段收获后,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高等问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾机捡拾装置。针对捡拾装置喂入部分易壅土,造成马铃薯输送不通畅,影响整机作业效率的问题,设计了一种具有双层反转链条夹持输送功能的捡拾装置。为确定捡拾装置最佳的作业参数,基于离散元软件EDEM和多体动力学软件RecurDyn耦合仿真,运用Box-Benhnken试验方法,以马铃薯流量和伤薯率为试验指标,以捡拾装置前进速度、捡拾铲入土深度、捡拾装置输送链线速度和反转夹持链线速度为试验因素,对该装置工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制出响应面曲线图,得出该装置最佳工作参数。田间试验表明,当捡拾装置前进速度为0.70 m/s、捡拾铲入土深度为120 mm、捡拾装置输送链线速度为1.20 m/s、反转链线速度为1.20 m/s时,马铃薯流量为5.94 kg/s,伤薯率为2.10%,与仿真理论值相比,误差分别为3.30%和4.48%。该研究可为马铃薯捡拾装置设计提供参考。     

胡萝卜缨果拉拽式分离装置设计与试验

为了获得胡萝卜缨果拉拽式分离装置最优设计参数,以获取最佳分离效果,建立了拉拽式缨果分离装置运动学模型,定性分析了相关参数对拉拽杆运动学特性的影响。设计了胡萝卜缨果拉拽式分离试验台并进行了缨果分离正交试验,经分析发现拉拽杆的转速对胡萝卜缨果分离效果影响最大,拉拽杆与输送带的夹角对胡萝卜缨果分离效果的影响显著;同时得到了胡萝卜缨果分离装置的最佳参数组合:拉拽杆转速为200 r/min、输送带线速度为1.2 m/s、拉拽杆与输送带夹角为40°,此时缨果分离的一致性为97%,成功率为94%,损伤率为7.7%。     

智能移动水果采摘机器人设计与试验

设计了一种智能移动水果采摘机器人,该机器人主要由智能移动平台、采摘机械臂、末端执行器、横向滑移机构和控制系统组成。用VC++语言编写了系统控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了综合试验,结果表明:该机器人能够完成自主导航、自主采摘及自主装箱作业,移动平台、采摘机械臂及末端执行器能够实现智能协调控制。整个系统工作性能稳定,成熟果实的识别正确率为81.73%,采摘成功率为86.92%,单个苹果采摘平均耗时9.50 s。     

马铃薯定量装袋装置设计与试验

针对目前国内马铃薯定量装袋机在定量装袋时存在测量不稳定、装袋损伤较大以及装换袋效率低等问题,采用S型拉力传感器原理称量,提高了称量精度和稳定性。在此基础上对定量装袋装置进行了结构设计,通过对定量装袋装置关键部件的分析确定了结构参数,并明确了影响装袋性能的关键因素及取值范围。以输送带速度、引流板角度以及装袋高度为试验因素,以称量合格率、破皮率和伤薯率为试验评价指标,借助软件Design-Expert 10.0.3,采用Design-Behnken进行三因素三水平试验,对试验结果进行方差分析,通过响应面试验分析了各交互因素对试验指标的影响规律,对定量装袋装置的结构以及工作参数进行优化,结合实际工况确定各因素最佳取值,在此基础上进行5次试验台定量装袋试验,验证试验表明,当输送线速度为0.44m/s、引流板角度为62.3°、装袋高度为496.1mm时,其称量合格率为97.32%,破皮率为1.22%,伤薯率为0.94%。对比参数优化后的理论值,实测值与理论值的相对误差分别为1.23%、2.40%、2.17%,表明本定量装袋装置提高了装袋合格率,在提高装换袋效率的同时减少了破皮和伤薯等损伤。     

高酸苹果振动式采摘机设计与试验

为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。     

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

基于离散元的马铃薯分选装置运行参数优化与试验

在马铃薯输送与分选过程中,针对机械损伤引起表皮破损导致储存时极易腐烂变质的问题。通过对马铃薯的碰撞分析确定马铃薯损伤的影响因素,获取分选装置运行参数的取值范围,并以伤薯率为评估指标,以输送带速度、仿形滚轮移动速度、马铃薯滑落落差为试验因素进行离散元仿真分析的二次正交旋转回归试验,分析各因素对评估指标的影响规律。参数优化结果表明,输送带速度为0.32 m/s,马铃薯滑落落差为103.5 mm,仿形滚轮移动速度为0.49 m/s时,最低伤薯率为1.98%。经试验验证,满足马铃薯收获分选时的国家标准和行业标准需求,可为同类型的马铃薯机械的设计和优化提供技术参考。     

前置挖掘式小型履带川麦冬收获机的设计与试验

针对川麦冬收获时根土分离难度大、易损伤茎苗等问题,设计了一种前置挖掘式小型履带麦冬收获机,由挖掘装置、输送筛选装置、液压装置和行走装置等组成。为确定收获机的可行性,根据三因素三水平响应面试验法构建入土角度、振动链的输送速度、振动轮的振动频率对麦冬收获损伤率、明茎率和带土率的回归模型,优化回归模型得到最优参数组合,即机器的前进速度为0.1m/s、入土角度为20°、振动链的转速为190r/min、振动轮的振动频率为600Hz。试验结果表明：在最优参数组合下,麦冬收获损伤率为2.94%,明茎率为96.7%,带土率为12.5%,达到了较为理想的收获效果。研究可为麦冬收获机的完善和作业参数优化提供参考。     

4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机设计与试验

针对传统一级升运链马铃薯挖掘机土薯分离效果差、人工捡拾铺条劳动强度大的作业难题,设计了4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机。对挖掘机阶梯挖掘铲、两级升运链式土薯分离输送装置及液压开启式集薯箱等关键部件进行设计与选型,并完成其关键参数的计算确定。以样机前进速度、一级土薯分离装置线速度和二级土薯分离升运装置线速度为自变量,以明薯率和伤薯率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与明薯率、伤薯率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明,对明薯率影响的主次顺序依次为二级土薯分离升运装置线速度、样机前进速度和一级土薯分离装置线速度,对伤薯率影响的主次顺序依次为一级土薯分离装置线速度、二级土薯分离升运装置线速度和样机前进速度;马铃薯挖掘机最佳工作参数为:样机前进速度1. 50 m/s、一级土薯分离装置线速度1. 37 m/s、二级土薯分离升运装置线速度0. 89 m/s。验证试验表明,4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机作业后,明薯率为95. 11%、伤薯率为3. 36%,性能试验指标均达到国家行业标准要求,表明在优化工作参数条件下该作业机能够提升马铃薯机械化收获质量。