基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统设计

吊杯栽植器是吊杯式移栽机直接与土壤接触的工作部件,其形状、尺寸及作业参数直接影响栽植器打穴栽植性能和效率.为深入研究吊杯栽植器尺寸、作业参数对成穴阻力的影响,设计了一种基于LabVIEW的吊杯栽植器成穴阻力试验系统.采用直流电机作为栽植装置的动力源,并用数据采集卡、压力传感器和扭矩传感器等搭建了成穴阻力测量硬件系统,采...     

仿生非光滑推土板减粘降阻的试验研究

对模拟土壤动物典型几何非光滑表面的各种形状的仿生非光滑推土板在固，液，气三相组成的土壤中，进行了减粘降阻试验研究，试验土壤为砂土，湿砂土，松散黄粘土和结构性较好的黄粘土，研究非光滑表面改变切削深度，切削角度探讨了下减粘降阻效果及非光滑表面减粘降阻机理，结果表明，在切削成垡状粘性土壤时，非光滑表面可降低阻力２５％以上，且其脱土性能比光滑板好。     

仿生非光滑水田犁壁的设计及田间应用试验

水田犁田间作业时土壤对犁壁的严重粘附,将导致犁耕阻力增加、油耗增大、耕作质量和生产效率降低。经过大量的试验研究,已发现典型土壤动物蜣螂体表的减粘降阻和脱附效应,并据此开发了仿生犁壁。在前期研究基础上,考察仿生非光滑水田犁壁面上几何非光滑结构单元的尺寸和分布对犁耕阻力的影响,进行了设计参数优化,研制出具有减粘降阻性能的仿生非光滑水田犁壁。田间对比测试表明:仿生非光滑水田犁壁与普通光滑水田犁壁相比,降低犁耕阻力15.9%~18.0%,减少油耗11.9%,提高生产率20.5%。该犁壁耕翻的碎垡率高,耕作质量良好,有较好的实际应用前景。     

基于离散元的棉田仿生减阻犁体设计与试验

针对当前铧式犁在棉田土壤犁耕作业过程中易黏附、阻力大、能耗高等问题,立足两种典型棉田土壤,以犁体、棉田土壤和两者之间的相互作用为研究对象,提出犁体曲面模型优化和表面结构仿生相结合的方法。以穿山甲体表的鳞片三角圆弧状结构和蜣螂体表的凸包结构相结合作为仿生原型,研制一种棉田仿生脱附减阻犁体,分别对两种棉田土壤的物理和化学特性进行试验测定并建立离散元模型。进行传统犁体与仿生犁体的耕作过程仿真与试验,在1号土样中仿生犁体相对传统犁体减阻5.4%,土壤减粘性能提升44.15%;在2号土样中仿生犁体相对传统犁体减阻7.8%,土壤减粘性能提升45.49%,研究结果表明仿生犁体对棉田土壤减粘降阻效果明显。     

PA~4_（1010）和EP~1复合涂层及其表面改性犁壁的减粘降阻性能

试验研究了地面机械触土部件表面仿生改性涂层ＰＡ４１０１０（尼龙１０１０－Ａｌ２Ｏ３复合涂层）和ＥＰ１（环氧－Ａｌ２Ｏ３复合涂层）的减粘降阻性能，探讨了土壤含水量和推土板切削速度对其减粘降阻性能的影响，并通过犁耕试验考察了其表面改性犁壁的降阻效果     

仿生多面体型几何结构镇压辊的设计与试验

针对传统镇压辊粘附土壤、阻力大和壅土问题,基于穿山甲体表鳞片的多边形几何结构,分别设计了正12面体、正15面体和正18面体3种仿生多面体型几何结构镇压辊,制造材料选用Q235。以粘附土壤量、牵引阻力、种子粒距变化率、土壤容重为指标,在室内土槽考察了土壤干基含水率分别为20%和28%时3种仿生几何结构镇压辊在载荷分别为300、500、700N下的镇压效果,并与传统镇压辊对比。结果表明:正12面体仿生镇压辊的种子粒距变化率最低,比传统镇压辊降低了33.19%,即防壅土效果最好,但它却没达到减粘降阻的效果。分别将超高分子量聚乙烯、搪瓷涂层这两种疏水材料分别用于正12面体仿生几何结构镇压辊,通过与传统镇压辊的对比试验证实,采用疏水材料的这两种仿生镇压辊均能达到减粘降阻的效果,镇压辊表面采用超高分子量聚乙烯时粘附土壤量最少,与传统镇压辊相比降低了33.22%;镇压辊表面喷涂搪瓷涂层时阻力最低,与传统镇压辊相比降低了17.87%。该研究结果可为农业机械触土部件表面减粘降阻及防壅土的仿生设计提供参考。     

草莓移栽机控制系统设计与试验

针对草莓高起垄定向移栽农艺要求,设计一种机械打穴、人工识别草莓苗弓背方向后定向穴栽的移栽机。基于可编程控制器(PLC)设计整机控制系统,包括移栽机定速行走控制系统、前轮转向控制系统、打穴控制系统等任务模块。整机采用直流无刷电机作为底盘的驱动元件,根据电机自带编码器的输出值进行行走速度、栽植株距和打穴频率的协调控制,采用步进电机作为打穴机构的驱动元件,由接近开关对打穴机构进行定位,通过二者配合完成打穴过程,在人机协同作业下,完成草莓苗移栽。试验结果表明：当单行移栽效率为15株/min,株距为150 mm、200 mm、250 mm时,株距合格率、孔深合格率、孔径合格率均在95%以上,其变异系数均小于5%,打穴成功率均大于95%,符合移栽机行业标准,打穴移栽效果满足农艺要求。     

减粘降阻仿生犁壁的研究

在仿生表面改形和表面改性研究基础上，根据机引犁壁工作特性，研制出具有减粘降阻功能的仿生犁壁。实验室试验及田间运行结果表明，该犁壁可比普通犁壁减少油耗５．６％～１２．６％，降低犁耕阻力１５％～１８％，并具有较好的脱土性和耐磨性     

辣椒漂盘苗机械化移栽适应性研究

为了探索辣椒漂盘苗对机械化移栽的适应性,以贵州某辣椒基地所育适栽期辣椒漂盘苗和2ZB-2旱地吊杯鸭嘴式移栽机为测试对象,完成了辣椒苗形态特征参数测量、落苗基质损失及田间机械栽植的试验研究。结果表明：从辣椒苗的苗高、叶面展幅、基质情况来看,所育漂盘苗基质饱满,且适于膜上移栽常用的鸭嘴式栽植器;漂盘苗基质含水率在56.4%～63.5%时,利于机械移栽的基质保持;田间机械移栽的栽植深度合格率、漏栽率、伤苗率分别为76.7%、2.4%、3.2%,满足指标要求;直立度合格率为88.7%,低于93%的指标下限。总体来说,辣椒漂盘苗与移栽机适应性较好,基本能达到贵州辣椒机械化栽植作业要求。     

2ZY-6型油菜毯状苗移栽机设计与试验

现有移栽机均以土壤流动为移栽的前提条件,不适应稻茬田黏重土壤,且作业效率较低。针对油菜机械化移栽的难题,采用油菜毯状苗的育苗方式,借鉴水稻插秧机的切块取苗原理,设计了2ZY-6型油菜毯状苗移栽机,该机可一次性完成切缝、移栽和覆土镇压等作业。切缝装置采用动力波纹圆盘,破茬能力强、沟型稳定,有利于后续秧苗对缝栽插;设计了机械液压式旱地仿形机构,可在不平土壤条件下实现栽深控制;设计了V型覆土镇压装置,通过具有夹角调节功能的V型对称布置的镇压轮锐角轮缘切土、侧向推土,挤压栽植缝壅土立苗;根据油菜移栽农艺要求,对栽植系统的关键部件和参数进行了优化设计,满足毯状苗油菜大面积、低回数切块取苗的要求。对整机进行了稻茬田和旱田两种土壤条件下的性能试验,结果表明,稻茬田土壤含水率为24.7%~30%时移栽效果较好,栽植合格率最大可达85.66%;旱田土壤含水率为17.6%~26.8%时移栽质量最优,栽植合格率最大可达87.01%;在稻茬田移栽时,机具前进速度应控制在1.15m/s以内,在旱田移栽时,机具作业速度为0.8~1.2m/s时均能满足油菜移栽要求。     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

链排式喂苗机构与栽植器时空匹配关系的研究

为改善因喂苗机构与栽植器时空位置匹配不佳造成的栽植效率低下的问题,在2ZB-2型移栽机的基础上研制了带有链排式喂苗机构的试验台,分析喂苗机构与栽植器时空匹配关系,确定影响投苗率的因素,并使用ADAMS软件进行单因素仿真试验得出各因素的水平范围,通过高速摄影进行验证。使用Box-Benhnken中心组合试验方法设计三因素三水平正交试验,进行响应曲面分析,以投苗率作为响应值得出:在理想条件下,秧苗水平线速度为0.202m/s(移栽机前进速度2.2km/h)、喂苗机构垂直高度120mm、水平距离10mm时,实现了喂苗机构与栽植器的最优时空匹配关系,人工劳动强度适宜,喂苗机构的投苗率达到100%,且基质损坏率较低。     

吊杯式栽植器的结构改进与参数化设计

吊杯式栽植器是吊杯式移栽机的核心部件,其结构尺寸及运动规律直接影响到秧苗的栽植质量。为了使移栽机在工作过程中减小打穴穴口的尺寸,从而减小对地膜的损害程度,从栽植器的结构与尺寸参数入手,对吊杯的结构安排及各零部件的尺寸进行了改进,利用Pro/E完成了修改后的三维模型;同时,利用pro/program对修改过后的栽植器整体进行了参数化设计,分析了空间凸轮的大小、形状的改变对栽植器杯嘴开合幅度的影响,确定了各参数之间的关系。为适应不同作物的农艺要求,当投苗杯大小发生改变时,吊杯各零部件在保证栽植质量的前提下完成相应的变化,无需重新建立和装配模型,为后续运动仿真节省了重复建模的时间。其研究结果为进一步优化栽植器的结构提供了理论依据。     

仿生几何结构表面深松铲铲尖设计与试验

深松铲在西南红壤坡耕地作业过程中,由于土壤黏附性强且板结严重,造成土壤过度扰动和耕作阻力过大的问题.采用工程仿生的技术方法,将具有减阻优异特性的克氏原螯虾和砂鱼蜥体表作为仿生原型,以深松铲铲尖为研究对象,设计仿生凸包、微刺—凸包、仿生鳞片、微刺—鳞片和微刺—凸包—鳞片混合表面5种仿生几何结构表面.通过室内土槽试验,考察...     

穴盘苗高速移栽机吊杯式栽植器膜上成穴性能仿真与试验

吊杯式移栽机具有成穴、移栽一次性完成，可以覆膜作业等优点，已成为移栽作业中使用较多的移栽机械。吊杯式栽植器为吊杯式移栽机的主要作业部件，不同形状吊杯能影响移栽机的膜上成穴性能及栽植品质。借助离散元仿真软件EDEM及多体系统动力学分析软件RecurDyn，耦合仿真分析两种不同形状的吊杯在栽植频率为72株/（min·行）时的撕膜大小，仿真结果得出圆锥形吊杯的成穴性能优于锥形吊杯，锥形吊杯形成的膜口纵向尺寸为105.37 mm，圆锥形吊杯形成膜口纵向尺寸为101.26 mm；最后通过室内台架试验，检验两种不同形状吊杯的栽植机构的膜上成穴性能，并验证EDEM RecurDyn耦合仿真结果的合理性。结果表明，仿真试验结果与台架试验结果趋势一致，锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为130.58 mm，圆锥形吊杯的膜口纵向尺寸约为121.40 mm，证明所采用EDEM RecurDyn耦合仿真研究吊杯式栽植器成穴特性的方法是可行的，就地膜的损伤程度而言，圆锥形吊杯的膜上成穴性能优于锥形吊杯。     

带式喂入钵苗栽植机研究

介绍带式喂入钵苗栽植机工艺流程和工作原理。对影响生产效率和栽植质量的因素进行了研究 ,确定了喂入和栽植的最佳参数。检测表明 :该机生产率 84株 / (行· m in) ,株距合格率 95 % ,栽直率 90 .5 %     

多功能小麦覆膜穴播机的设计

设计了一种新型的覆膜穴播机,能够集土壤整平、覆膜、打穴播种、膜上覆土于一体,实现联合作业.其关键部件穴播器、仿形整平器、排种系统和覆土机构均具有创新性,并分析了其具体的结构设计方案.试验表明,该机作业性能良好,各项作业指标均符合标准要求,能够适用于小麦等小粒种子的播种作业,解决了传统轮式播种机的堵土问题.     

基于东方蝼蛄爪趾的仿生旋耕刀设计与试验

为了降低旋耕刀耕作时的能耗,本文基于东方蝼蛄前足爪趾轮廓拟合曲线的特征,利用逆向工程技术将东方蝼蛄前足爪趾1、2、3、4的轮廓曲线依次排列于IT245国标旋耕刀的正切刃与回转半径末端边缘,设计了仿生旋耕刀。建立南方粘湿土壤旋耕刀相互作用仿真模型,分析不同刀轴转速下国标旋耕刀、仿生旋耕刀扭矩和三向阻力的变化规律,结合室内土槽试验分析刀轴扭矩的变化趋势,验证离散元仿真模型的有效性。单刀受力仿真分析表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的水平阻力、垂直阻力与侧向阻力均随着刀轴转速的增加而逐渐增大。在3种刀轴转速下,除侧向阻力以外,仿生旋耕刀受到的水平阻力与垂直阻力的最大值均比国标旋耕刀小。在刀轴转速150 r/min时,仿生旋耕刀较国标旋耕刀水平阻力与垂直阻力的最大值分别降低了9.91%与9.09%;在转速200 r/min时,分别降低了5.78%与9.74%;在转速250 r/min时,分别降低了4.95%与6.38%。土槽扭矩试验表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的仿真值与试验值变化趋势相同,且随着刀轴转速的增加扭矩逐渐增大,最大相对误差为13.23%。在3种刀轴转速下,仿生旋耕刀较国标旋耕刀平均扭矩分别降低了10.53%、4.46%、3.49%。本研究可为旋耕刀减阻降耗和耕作能耗分析提供借鉴。     

萝卜气吸式精量播种机的研制

对于目前国内还没有适用于萝卜种子大小的精量播种机现状,为了实现大面积种植萝卜作物的精量播种以及降低大面积播种的劳动力投入,减轻耕作的劳动量,提高劳动效率,研制了一种适用于大面积种植萝卜的精量播种机。该装置结构简单,使用时调整方便,具有起垄、开沟、播种、覆土和整形镇压等功能,可一次性完成播种作业,适用于大田作业。经田间试验证明:整机结构设计合理,单粒精播率高,镇压整形后的垄形符合农艺要求且外形美观。     

预切种式甘蔗横向排种器设计与试验

为实现蔗种精准横向播种,设计了一种预切种式甘蔗横向排种器。通过对蔗种在排种器中的运动分析和基于Recurdyn软件的排种器运动仿真,探究排种器传送链轴转速、提升传送链倾角和集蔗箱倾角对排种性能的影响。利用自制的简易链式甘蔗排种器试验平台,对排种器的一级链轴转速、传送链倾角和集蔗箱倾角等参数进行试验研究,结果表明:传送链倾角和一级链轴转速对排种性能具有极显著的影响,集蔗箱倾角对排种性能的影响不显著;排种性能的最优参数组合为传送链倾角55°、链轴转速9.16 r/min、集蔗箱倾角45°。室内验证试验表明,排种器的合格率为92.6%、漏植率为5%、重植率为3.2%,说明排种器能有效避免排种过程的重植和漏植现象,减少播种过程的耗种量。田间验证试验表明,排种方向合格率93.37%,排种株距合格率90.33%,排种株距在33～49.5cm的合理株距范围内,实现了双蔗芽蔗种的精准横向播种。