基于嵌入式电子监控器的马铃薯收获机开发

为了实现马铃薯收获和地膜回收同时进行,基于嵌入式技术,设计了马铃薯收获机.在马铃薯挖掘和地膜回收过程,测试地膜厚度、工作速度、挖掘深度和铺放时间4个因素影响程度,进行四因素五水平试验.试验结果表明:地膜回收率影响主要因素为地膜厚度及工作速度;对伤薯率影响由大到小分别为挖掘深度、工作速度.同时,建立伤薯率和地膜回收率模型...     

水田土壤承压模型的建立与试验

针对不同种类水田土壤承压模型的差异性等问题,提出一种武汉黄棕壤水田土壤承压模型的建立方法。依据黄棕壤水田土壤力学特性设计了3种面积不同的测板,基于光滑粒子流体动力学(SPH)算法构建了测板-水田分层土壤SPH动力学模型,研究了测板的贯入深度与时间、承压力之间的关系,并进行了田间试验。结果表明:测板面积S=9.95cm 2的模拟贯入土壤结果与田间试验结果高度吻合,表明该仿真方法对建立水田土壤承压模型可行,能客观反映出黄棕壤水田土壤的承压特性。     

基于模糊控制的播种机精密单体播深控制仿真研究

为了提高播种机单体播深控制的精度和速度及研究播种机作业过程中土壤的变化规律,设计了一种新的播种机单体控制系统,在播种自动化控制环节中引入了模糊算法和PID闭环控制,建立了播深模糊控制的数学模型,并通过多软件联合仿真的方式对控制系统进行了仿真实验,验证了算法的有效性和可靠性。利用MatLab线性回归算法得到播深和施加力的线性回归方程,通过播深的反馈调节对施加力进行模糊控制,使用Mat Lab模糊控制工具箱设置了控制参数,最终实现播种机精密PID闭环控制。应用Pro/E软件设计了精密播种机三维参数化模型,将模型导入到ADAMS软件中进行了运动仿真,将结果和Mat Lab计算得到的结果进行对比发现:其误差小于10%,说明仿真结果是可靠的。     

物联网在黄瓜肥水控制系统中的应用

为了实现黄瓜生长环境因素最优化,基于物联网系统,设计了肥水控制系统。物联网系统监测温度、光照和土壤Ec值等环境因素,采用图像处理的方法得到黄瓜茎高度、茎直径大小、叶片数量和坐果数量等4个生长指标,建立温度、光照、土壤Ec值和生长阶段关于单一生长指标模型,对4个生长指标进行融合,得到黄瓜综合生长指标I_c,并计算其偏离量,判定黄瓜生长状态。基于黄瓜综合生长指标I_c,建立土壤Ec控制模型,为不同生长阶段黄瓜提供最优化环境与肥量配比,实现黄瓜的稳产高产。     

地膜覆土清理装置的设计

在地膜回收作业时,因覆盖在地膜上的土壤板结造成揭膜困难,需要对地膜上的覆土进行清理.为此,采用图像识别的方法,设计了一种地膜覆土清理装置.装置运行时,单目摄像头在畸变校正处理后进行膜土的图像采集,经过Arduino Due单片机对采集的图像进行K-means二值化处理方式进行图像分割,并识别和提取出边膜轮廓图像;主控制...     

玉米苗期收膜机结构设计与试验

为解决玉米苗期收膜机卸膜工序复杂、困难的问题,设计出一种新型既捡拾又卸膜的机构,建立了玉米苗期收膜机的三维模型,并应用ADAMS软件进行虚拟样机的仿真,得到该机构的相对和绝对运动轨迹。对苗期地膜进行地膜力学特性试验,测出地膜的撕断力FΔ和延伸率δ,并通过对捡膜齿出土过程的力学分析找出捡膜齿对残膜水平作用力F与残膜捡拾滚筒最大角速度ω之间的关系。同时,以玉米苗期残膜捡拾机为研究对象,设计了玉米苗期残膜捡拾卸膜机构,选取机具的前进速度、入土角度、入土深度为影响因素,以地膜收净率和伤苗率为试验指标进行土槽模拟试验。结果表明:该机设计简单、合理,收膜效率高,能够满足预期的设计要求。     

双垄耕作施肥喷药覆膜机工作参数优化

为进一步改进双垄耕作施肥喷药覆膜机工作性能,以作业机前进速度、土壤升运器速度、覆土侧流槽角和覆土直流槽角为自变量,采光面地膜机械破损率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,建立了各因素与采光面地膜机械破损率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明:4个因素对采光面地膜机械破损率影响的主次顺序为:土壤升运器速度、作业机前进速度、覆土侧流槽角和覆土直流槽角;作业机最佳工作参数为:土壤升运器速度0.67 m/s、作业机前进速度0.70 m/s、覆土侧流槽角75°和覆土直流槽角48°。验证试验表明,采光面地膜机械破损率均值为0.216%,较优化前有显著下降。     

剔除土壤背景对反演玉米根域土壤含水率的影响研究

为研究剔除土壤背景对无人机多光谱监测土壤含水率的影响,通过无人机飞行拍摄得到多光谱影像数据,运用监督分类剔除土壤背景,并分别提取剔除背景前后各6个波段的光谱反射率.将反射率与深度10 cm、20 cm和30 cm的实测含水率分别构建一元线性回归模型、逐步回归模型、偏最小二乘回归模型和岭回归模型,以R2、RMSE、RE为指标进行模型精度评价.结果表明:剔除灌浆期玉米的土壤背景后,数据的相关性和回归模型的精度始终比未剔除土壤背景数据的相关性和模型精度差.剔除土壤背景的反射率与各个深度含水率的相关系数绝对值在0.01～0.33之间,未剔除土壤背景的反射率与各个深度含水率的相关系数绝对值在0.08～0.54之间.未剔除土壤背景模型的效果在任何深度均高于剔除土壤背景的模型,其中在各深度处偏最小二乘回归模型的精度均为最优.     

热熔式地膜打孔装置成孔器-地膜瞬态热结构耦合模拟

为解决放苗、膜上土壤板结等问题,一些作物种植农艺要求带孔地膜覆盖。热熔式打孔是利用地膜在高温下发生变形或破裂而形成孔洞的方法,孔洞形成后尺寸不易变化。建立了热熔式成孔器-地膜的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对热熔式成孔器与地膜接触传热、地膜的热结构耦合进行模拟计算,并通过理论计算验证了其合理性。模拟出了地膜应力值及分布情况。分析了不同温度热熔式成孔器、不同高度热熔式成孔器对地膜应力的影响。从模拟结果可以看出,地膜热应力随温度的升高而增大,随着高度的增大而减小。     

机采棉残地膜电磁分离规律研究

针对机采棉中残地膜含量较高、清除效果不佳的现实问题,通过单因素试验研究了电场极板电压、磁场电流、机采棉飞入速度对机采棉残地膜电磁作用下机采棉清杂率的影响,得到电场极板电压、磁场电流强度及机采棉飞入速度对清杂率影响显著及棉花与残地膜的分离规律。以清杂率为判定指标,利用三因素三水平的判定分新方法,得出了3个影响因素的最佳优化参数,并建立了棉花与残地膜分离规律模型。试验结果表明:最佳优化参数组合为电场极板电压为30k V、磁场电流强度为10A、机采棉飞入速度为12m/s,验证了棉花与残地膜分离规律模型的有效性,此时机采棉清杂率为95%,效果良好。本研究可为机采棉残地膜电磁清杂提供有价值的参考。     

挖拔式木薯收获机挖深液压控制装置的设计与试验

针对挖拔式木薯收获机在收获过程中带有一定倾角的挖掘铲有朝着深度方向行进的趋势,增加了挖土量及挖掘负荷等问题,提出了基于液压控制系统调整挖深的设计思路。为此,研制了一种挖深液压控制装置,主要由地表仿形机构、挖掘铲液压调节机构、液压系统及PLC控制系统4部分组成;同时,对液压系统的负载特性进行系统分析计算,选取了合适的执行元器件,并在此基础上进行土槽实验。结果表明:地表仿形机构,最大误差8.9%,平均误差3.5%;掘铲液压控制系统的响应时间为1.7s,1s内完成对挖出铲的角度与深度自动调节,测试效果能够满足精准挖深控制要求。     

基于EDEM小麦收获机清选损失监测试验装置设计

针对小麦损失监测传感器结构复杂、成本较高的问题,对收获机清选排杂口不同物料运动特性进行研究,揭示小麦与秸秆撞击敏感板的作用规律,从清选抛出物冲击敏感板的力学特性出发,设计一种小麦收获机清选损失监测试验装置。通过离散元分析软件EDEM分析小麦籽粒、50mm秸秆、100mm秸秆撞击敏感板产生的作用力,分析接触力变化曲线,证明可通过判断物料撞击敏感板产生的信号进行损失监测。为增强信号采集准确率,采用两片压电传感器串联的方式,增大损失信号。设计损失监测试验台机械结构及控制系统,使监测装置模拟收获机清选排杂过程且可以实时监测信号,有效提高监测效率。最后,通过不同高度物料运动损失监测试验,得出300mm高度下传感器识别较为精准,对小麦籽粒的识别率达到98.4%,整体监测误差小于5%,损失监测试验装置能够达到设计目的和要求。     

基于卷积算法的自动割草机目标检测应用研究

为进一步提高我国自动割草机的目标检测准确度与整机作业效率,采用卷积算法理论针对其检测系统展开设计应用研究.在整机结构组成及作业原理基础上,根据卷积算法执行规则流程,建立目标函数与检测核心模型,并针对检测系统进行软件设计与硬件平台搭建,并进行自动割草机目标检测作业试验.结果表明:经卷积算法应用,自动收割机检测系统可实现目...     

基于DSP嵌入式系统的机械式自清洁播种头设计

为解决现有针式穴盘播种机的吸嘴易发生堵塞影响播种质量的问题,基于DSP嵌入式图像识别系统,结合装置气吸-气吹的播种原理,设计了一种新的机械式自清洁播种头。该装置主要由DSP嵌入式图像识别和自动化清洁控制系统组成,图像处理模块采用TMS320DM642内核,包括图像预处理、特征提取、特征编码和编码匹配过程。机械部分包括吸嘴头、固定部、清洁活塞、顶针和复位弹簧等,通过和阻塞种子的图像匹配,输出接通正气压动作,利用活塞和顶针对吸嘴头进行疏通和排种作业。为了验证装置的有效性和可靠性,对系统进行了测试。结果表明:在播种速度为30排/min时,自清洁播种头播种的单粒率为98.7%、空穴率为0.52%、重播率为1.21%,与传统针式吸嘴相比,播种质量和防堵效果大幅度提高。     

基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统

为使免耕播种机在秸秆覆盖地作业时自动保证播种深度的一致性和稳定性,设计了一种主动作用式播种深度自动控制系统。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)压电薄膜传感器将免耕播种机限深轮的胎面形变量转换为电压信号,信号处理电路对传感器产生的信号放大滤波,提取信号峰值,系统根据峰值信号实时监测播种单体对地表的压力,控制信号形成电路在压力不足时发出控制信号,控制安装在播种机机架与播种单体四连杆间的空气弹簧产生推力,使播种单体能够产生对地表的压力,从而保证播种深度的一致性。试验结果表明,所设计的主动作用式播种深度自动控制系统能够精确控制开沟深度,仿形性能可靠,作业速度为5~8 km/h时,播深合格率达到90%,作业速度大于8 km/h时,播深合格率明显高于被动作用式播种深度控制装置。     

基于半实物仿真的丘陵山地拖拉机电液悬挂控制试验

针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题,基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析,建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析,设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台,开发电液悬挂控制系统,开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验,对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明,模糊PID控制性能较好：在位置控制模式下,模糊PID控制无超调,控制系统响应时间为0.6s,较经典PID控制提高约33.3%;耕深控制系统稳态误差约为0.05cm,较经典PID控制降低约50%;在力控制模式下,模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38cm,标准差为0.17cm,较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%,验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。     

薯类收获机挖掘深度自动控制系统设计与试验

为了提升薯类收获机械自动化水平,提高明薯率,降低伤薯率和漏挖率,减小挖掘阻力,根据垄作薯类作物种植模式,以牵引式薯类收获机为载体,采用传感器和微处理器控制技术,设计了一种挖掘深度自动控制系统。该系统包括前仿形装置、挖掘机构、液压装置和控制系统。以垄沟地面为研究对象,采用接触式深度探测机构,其仿形深度和宽度可调节,挖掘深度实时调整可有效实现减阻降耗。建立挖掘深度调节模型,设计双阈值死区控制算法,实现系统精确稳定控制,有效避免控制信号频繁跳变和超调,提高薯类作物收获性能指标。田间试验表明,具有挖掘深度自动控制功能的薯类收获机其明薯率为97.37%,伤薯率为1.49%,漏挖率为1.59%。相比采用人工收获,其明薯率提升了2.20个百分点,伤薯率降低了1.41个百分点,漏挖率降低了2.00个百分点。     

双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置设计与试验

蓖麻脱出物组分复杂,清选后含杂率高,且没有专用清选装置,清选效率低,为此设计一种双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置。首先对清选装置总体结构进行设计,采用双层风吹式同步振动结构。其次,对装置的振动筛、清选室、出料口等关键部件进行设计。采用离散元法对清选筛结构进行参数优化,以哲蓖4号为试验物料,测定物料离散元参数,通过单因素试验,分析上筛面筛孔排列型式、筛孔直径、筛面倾角对筛分效率和损失率的影响。确定最佳设计参数为U型筛孔排列、筛孔直径14mm、筛面倾角8°。为了获取最优的工作参数,采用离散元法与计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）耦合方法对清选过程进行仿真分析。对单目标函数进行参数优化,当振动筛振幅为8.43mm、振动筛振频为6.00Hz、气流横向角为40.00°时,蓖麻脱出物的最大筛分效率为98.20%。当振动筛振幅为7.00mm、振动筛振频为7.76Hz、气流横向角为40.81°时,蓖麻籽粒的最小损失率为2.02%。以振动筛的振幅、振频和气流横向角为试验因素,以筛分效率和损失率为试验指标,设计了正交组合试验,建立各因素与指标间的数学回归模型,并对模型进行参数优化。结果表明,当振动筛振幅9.00mm、振动筛振频6.16Hz、气流横向角40.00°时,蓖麻清选装置的筛分效率和蓖麻籽粒的损失率最优,分别为97.66%和2.32%。最后,设计出蓖麻清选装置,通过台架试验对最优参数组合进行试验,实际筛分效率与损失率分别为93.15%和6.94%,与预测结果误差在5%以内,同时实际所得到的籽粒含杂率为0.83%,满足使用要求。