联合收割机行走底盘变速箱齿轮的疲劳分析

为预测联合收割机行走底盘变速箱齿轮的失效部位及使用寿命,采用SolidWorks软件建立了联合收割机行走底盘变速箱输入齿轮副的三维有限元模型,并模拟实际工作情况进行齿轮传动加载。根据齿轮面－面接触力学模型,分析了齿轮副在载荷作用下的力学特性,计算得到齿轮的齿面范·米塞斯（Von Mises）应力、位移及应变分布状况,其最大范·米塞斯应力约为394.16 MPa,小于材料的屈服极限,轮齿根部不会发生齿根断裂。基于Simulation模块中定义的S-N曲线对齿轮进行了疲劳分析,运用威尔布分布描述疲劳失效的概率,预测了当齿轮的工作寿命为500 h时齿轮的失效概率为93.96%。在自制的变速箱疲劳试验台上进行了疲劳性能试验,结果表明输入主动齿轮在工作500 h后齿面磨损非常严重。齿面点蚀主要集中在齿面的中部区域,齿轮完全失效,与理论分析基本吻合。     

基于卷积神经网络面部图像识别的拖拉机驾驶员疲劳检测

针对疲劳驾驶极易造成拖拉机交通事故这一问题,该文提出了一种基于卷积神经网络面部特征识别的拖拉机驾驶员疲劳检测方法。首先,利用伽马亮度校正对驾驶员面部图像进行光照预处理,再通过小波包去除图像中的椒盐噪声和高斯噪声,对预处理后的图像分别通过PCA-SCM人脸特征识别定位算法和基于人脸核心特征库及肤色模型的人脸识别算法进行驾驶员面部的识别定位,并通过比对这2种算法识别的偏差大小校验算法识别的有效性,以减小拖拉机工作振动时采样对图像中人脸定位精度的影响。将提取到的驾驶员面部图像输入到卷积神经网络进行深度学习和训练,并建立驾驶员疲劳视觉检测模型,从而实现基于拖拉机驾驶员面部图像的疲劳检测。统计训练过程中各项参数变化情况并进行T-SNE降维迭代分析,与其他常规方法相比,CNN在检测准确度和检测效率方面都有较为明显的优势。试验表明,所提出的检测模型准确率98.9%,图片识别效率38 ms/帧(Inter i7-4510U双核处理器),能够实现拖拉机驾驶员疲劳状况的实时检测,该研究可为解决疲劳驾驶这一安全问题提供参考。     

基于SDAE-BP的联合收割机作业故障监测

为了解决联合收割机作业故障的非线性特征信号难以提取的问题,该研究提出了一种基于堆叠去噪自动编码器（Stack Denoising Auto Encoder, SDAE）和BP神经网络（Back Propagation,BP）融合的联合收割机作业故障监测及诊断的方法（SDAE-BP）。以转速传感器采集联合收割机脱粒滚筒转速、籽粒搅龙转速、喂入搅龙转速、杂余搅龙转速、风机转速、输送链耙转速、割刀频率以及逐稿器振动频率,并将采集的数据集作为系统的输入。利用SDAE提取输入信号的深层次特征,并由BP神经网络辨识收割机作业状态,实现联合收割机故障监测。在SDAE-BP模型训练过程中,去噪自动编码器(Denoising Auto Encode, DAE)依次经带有不同分布中心噪声的原始数据进行训练,然后将其堆叠,并通过误差反向传播算法对模型参数进行优化,以提升模型识别故障性能和泛化能力。试验结果表明,对于2018年联合收割机田间试验数据,模型的故障诊断准确率达到99.00%,与SDAE和BP神经网络相比,分别提高了1.5和4.5个百分点。将SDAE－BP故障诊断模型用2019年的试验数据进行更新,并用2018年和2019年试验数据进行测试,结果表明,更新后的模型对2018年试验数据的故障识别准确率为99.25%,对2019年试验数据的故障识别准确率为98.74%,更新后模型在2019试验数据集上的故障识别准确率较未更新模型提高了6.52个百分点。该文所建模型能够准确识别联合收割机的故障类型,且具有较好的鲁棒性,对旋转型机械故障监测及预警具有参考价值。     

拖拉机驾驶员颈部疲劳的肌电评价

为了了解拖拉机驾驶员颈部疲劳状况,该文在模拟拖拉机倒车作业的基础上,对驾驶员颈部胸锁乳突肌的表面肌电信号进行了测试,选取积分肌电值、平均功率频率、小波分解系数等特征量对肌电信号进行时域、频域以及时频域分析。结果表明：拖拉机驾驶员颈部疲劳后胸锁乳突肌的积分肌电值、平均功率频率、小波分解系数都降低,疲劳前后各特征量存在显著性差异（P＜0.05）,这些特征量都可以有效评价拖拉机驾驶员的颈部疲劳。     

基于土壤入渗参数空间变异性的畦灌灌水质量评价

畦灌灌水质量的客观评价是制定合理灌水方案的重要基础。该文假定土壤空间变异性主要体现在入渗系数的变化上,以在杨凌区一级阶地和三级阶地上进行的大田畦灌试验为例,分析土壤空间变异性对畦灌灌水质量的影响,并揭示畦灌灌水质量变化规律。结果表明灌水效率、灌水均匀度和储水效率随入渗系数的变异系数增大均呈现下降趋势,其中灌水效率和储水效率下降幅度较小,而灌水均匀度下降幅度较大。由此说明土壤入渗系数的变异性对灌水均匀度影响最大,而对灌水效率和储水效率影响相对较小。该文的研究方法对畦灌灌水质量评价结果可更好地反映客观实际,从而为制定合理的灌水方案提供依据和技术支持。     

基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析

为从理论上深入探讨载荷频率对疲劳寿命的影响,引入功率密度的概念,并基于功率密度和时频分析提出一种疲劳寿命预测方法,在疲劳分析过程中可同时考虑应力幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。以某型号自走式玉米收获机为研究对象,在调研数据和有限元分析的基础上,确定车架上危险点位置,设计并实施了应变信号采集试验方案,对收获机各工况下车架危险位置的动态应变进行采集,获得各测点在不同工况下的载荷-时间历程。在实测载荷基础上,利用基于功率密度的疲劳分析方法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测,得到危险点的疲劳寿命为394 h,与名义应力法分析得到的疲劳寿命(845 h)相比较,更接近实际工作寿命(400~500 h)。该研究为农业装备关键部件的疲劳寿命提供更精确的分析和预测方法,并促进疲劳分析理论的发展。     

电磁感应仪用于土壤盐分空间变异性的指示克立格分析评价

运用磁感式大地电导率仪EM38及其移动测定系统,结合非参数地质统计学的单元指示克立格方法,对黄河三角洲地区200 hm2典型地块上两个比较关键季节的土壤盐分进行空间变异性的分析,给出了同一区域不同时段土壤盐分满足一定标准的条件概率图。结果表明,土壤表观电导率与盐分呈极显著相关性;各时段土壤表观电导率均呈近似的对数正态分布,且存在特异值;各时段土壤表观电导率的指示半方差均较符合球状套合模型;结构性因素导致秋季时段土壤盐分的空间变异性呈各向同性;随机性因素使春季时段土壤盐分的各向异性增强,尤其在南北、东西方向。由不同季节时段土壤盐分风险概率图看出,研究区土壤盐渍化程度总体较高,旱季条件下土壤盐分的表聚型是导致该现象最主要因素。电磁感应仪与指示克立格方法的结合运用为不同尺度(从农田到区域)上土壤调查与质量评价提供了新的途径,并为农业水土资源的决策管理提供指导。     

基于不同PTF_S的流域尺度土壤持水特性空间变异性分析

利用点估计模型、线性回归模型、非线性回归模型和人工神经网络模型等四种PTFS分别预测大沽河流域90个土壤样本的田间持水量(θ-30 kPa)和凋萎含水量(θ-1 500 kPa),借助传统统计学和地统计学方法对其空间变异性进行了比较分析。传统统计学分析认为非线性回归模型预测的效果最好,无论是实测值还是估计值,所有土壤样本θ-30 kPa的变异系数总是小于θ-1 500 kPa,两者均属于中等变异性;地统计学分析表明实测值和预测值的θ-30 kPa和θ-1 500 kPa均存在不同程度的块金效应,且θ-30 kPa总是表现出较θ-1 500 kPa更强烈的空间相关性,通过分析θ-30 kPa和θ-1 500 kPa的半方差函数模型参数,发现人工神经网络模型最能真实地反映试验区土壤持水特性的空间变异性特征。     

基于GIS和GPS的土壤水分垂直空间变异性分析——以陕北黄土高原小流域为例

以地统计学的半变异函数为理论分析工具,结合地理信息系统GIS和GPS技术,分析研究了陕北王东沟小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征。结果表明:对土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线可用球状模型进行很好地拟合,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2~5 m不等。草地的块金值和基台值较大,远远超出了其他几种植被,它在表层0~0.8 m的土壤水分含量变化也最为剧烈,波动很大;林地的块金值较小,但基台值很大,说明其土壤表层水分和深层水分的变化差异较大;坡耕地和梯田土壤水分的分布变化比较小,半方差函数曲线变化也比较平缓,块金值和基台值都比较小。不同土地利用类型对土壤水分在垂直方向空间变异的影响呈现林地草地灌木果园农地的趋势。     

豫中烤烟种植区烟叶石油醚提取物含量与土壤养分的空间变异性分析

在地统计和GIS的支持下,以半方差函数为工具,研究了豫中烤烟种植区石油醚提取物含量和土壤养分的空间变异性特征,并进行相关分析.运用普通克立格法进行最优无偏线性插值,制作了研究区内石油醚提取物含量和不同土壤养分的空间分布图.结果表明,豫中烤烟种植区石油醚提取物含量符合高斯模型,空间变异性受结构性因素影响较大;土壤属性中,土壤全磷、有效氮、速效钾、氯含量为中等程度的空间变异性,其余的都为弱空间变异性;分维数最高的是土壤有效氮和阳离子交换量,最低的是有机质、pH和硅;相关性分析表明,烟叶石油醚提取物含量与土壤pH、铝、钙、铁、镁含量均呈极显著的负相关,与土壤有效氮、速效磷、全钾、硅及全磷含量之间呈极显著的正相关.豫中烤烟种植区烟叶石油醚提取物含量和土壤养分的等值线图可更准确和直观地了解研究区的土壤养分与烟叶品质的相关关系,从而为精确施肥提供依据.     

牵引式甜菜联合收获机自动对行系统研制

为了提高甜菜联合收获自动化水平、降低收获损失,该文结合垄作甜菜种植模式,以牵引式甜菜联合收获机为载体,采用液压技术、传感器信号采集技术和微处理器控制技术设计了一套甜菜联合收获机自动对行控制系统。该系统具体包括对行探测机构、偏移牵引调整机构、液压控制系统、电子控制系统和控制软件。标准信号跟踪试验显示,跟踪最大延时小于1 s,超调量小于15%,最大误差为2.5°,表明系统具有快速响应特性和稳定性。田间收获对比试验显示,采用该自动对行控制系统后,甜菜联合收获机漏挖损失率降低2.03%,根体折断率降低1.48%,根块损伤率降低2.64%。该研究可为其他土下果实收获机械对行系统研发提供有效借鉴。     

切流式花生全喂入联合收获机清选机构设计

针对切流式花生全喂入联合收获机清选环节果杂分离不清、损失率高、缠膜挂秧、筛面堵塞等难题,该文设计了一种风筛组合、无阻滞、大小杂并除的清选机构,其主要由上层筛(杆筛)、下层筛(多阶弹性筛和后筛)、抖草轮、偏心套、风机等组成。该文运用动态静力学方法研究了筛面物料的相对运动,分析了物料相对筛面上滑、下滑、从筛面跃起的极限条件,确定了振动筛主要运动参数的理论值域;运用达朗伯原理开展了交变载荷下筛体的受力分析,确定了筛体关键结构参数。该文对影响清选作业质量主要因素开展了试验研究,试验结果表明:影响清选机构综合作业质量的主次作用因素为主风机转速、振动筛振幅、振动频率,较优参数组合为主风机转速2 100 r/min、振动筛振幅12.5 mm、振动频率9Hz,此时清选损失率5.03%、荚果含杂率5.39%;清选机构作业顺畅性较好,较少出现缠膜挂秧、筛面堵塞现象。研究结论可为切流式花生全喂入联合收获机清选机构的设计提供理论参考。     

履带式丘陵山地胡麻联合收割机设计与试验

针对丘陵山区地块面积小、道路狭窄,大型联合收割机运输难、进地难、转场难、操作难等现状,解决胡麻茎秆易缠绕、易堵塞、难喂入等问题,该研究设计了一种履带式丘陵山地胡麻联合收割机.该机采用防缠绕低损割台、纹杆+杆齿组合式小锥度横轴流脱粒滚筒、组合式窄栅格凹板等结构,可实现胡麻茎秆的防缠绕快速喂入、分段式脱粒与分离、清选等作业...     

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场分析与优化

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场对筛面风速分布和清选效果具有显著影响。该研究以雷沃重工RG-60型联合收获机为研究对象,通过田间试验测试了清选装置上筛面风速分布情况,结果表明上筛面右侧的风速大于左侧,风速分布均匀性差,造成振动筛左侧的脱出混合物堆积现象,不利于清选作业。为解决上述问题,对清选装置内部脱出混合物的受力和运动速度进行分析,利用Hyper Works软件对清选装置内部的风速分布进行仿真,结果表明风机前出风口和尾筛中部的风速最大值为8.6 m/s,筛面右侧风速偏大,左右两侧风速平均差值为2.6 m/s,试验和仿真结果的各测点风速变化规律一致。对清选装置的结构进行仿真优化,并进行优化后联合收获机田间试验,结果表明当清选装置右侧挡风板逆时针转动30°时上筛面风速分布最均匀,风速最大值为8.7 m/s;左右两侧流场对称分布,筛面各测点的风速比优化前平均提高2 m/s;小麦籽粒损失率为0.89%,含杂率为0.37%;水稻籽粒损失率为1.85%,含杂率为0.51%,清选效果良好。研究结果为单纵轴流收获机清选装置结构设计提供了参考。     

小麦联合收获机双出风口多风道清选作业试验

针对小麦联合收获机双出风口多风道清选装置由于主要作业参数调整不当而导致清选损失率、含杂率、二次含杂率高的问题,该文通过台架试验分别对双出风口多风道清选装置主要作业参数（喂入量、风门开度、风机转速、上、下导风板角度）进行单因素与多因素优化试验,探究各试验因素对清选损失率、含杂率、二次含杂率的影响规律,寻找最优参数组合。参考市场上小麦收获机拥有量较大的久保田988机型相关参数,搭建联合收获机双出风口多风道试验台。双出风口4风道时,小麦清选损失率、含杂率最低,分别为0.78%与0.48%,通过单因素试验,得出喂入量4.5～5.8 kg/s、风门开度0°～20°、风机转速1 200～1 600 r/min、上、下导风板角度0～20°。利用Box-Behnken中心组合试验设计理论,进行五因素三水平正交试验。结果表明：对清选损失率影响较显著的因素有风机转速、喂入量、上导风板角度;对含杂率影响较显著的因素有风机转速、上、下导风板角度;对二次含杂率影响较大的因素有上导风板角度、风机转速、喂入量,通过对目标参数优化得到最优作业参数为喂入量4.5 kg/s、风门开度10.2°、风机转速1 548 r/min、上、下导风板角度分别为20°和0°,此时清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.79%、0.40%与0.82%。台架试验验证得到清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.75%、0.38%与0.76%,与优化结果误差分别为5.1%、5.0%与7.3%。此研究结果可为小麦联合收获机多风道清选装置作业参数调整提供理论参考。     

半喂入四行花生联合收获机自动限深系统研制

为提高4HLB-4型半喂入四行高效花生联合收获机智能化水平和作业顺畅性、降低收获时果实漏挖率和破损率,综合运用电子传感器技术、液压传动技术和微处理器控制技术设计了一套自动限深系统。该系统由限深仿形机构、挖掘深度调整机构、液压执行系统、单片机控制系统和控制软件组成。田间收获试验表明,自动限深系统工作稳定可靠,4HLB-4型半喂入四行花生联合收获机采用该装置后平均漏挖率为1.08%,平均破损率为0.94%,平均挖掘深度为123 mm。通过与人工限深收获试验结果对比发现平均漏挖率降低了2.13个百分点,平均破损率降低了1.4个百分点,平均挖掘深度偏差降低了11 mm,而且挖掘深度偏差更加稳定。该研究可为其他土下果实收获机械自动限深系统的研制提供参考。     

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40～0.85 hm²/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。     

4BL-1型白萝卜联合收获机缨叶聚拢装置优化与试验

为解决白萝卜机收过程中因缨叶聚拢不全导致损失率与损伤率高、切头合格率低等问题,该研究依据白萝卜缨叶物理力学特性,设计了一种白萝卜缨叶聚拢装置,可以实现白萝卜缨叶从田间自然“半散开”状态聚拢成束,利于后续拔取作业。构建白萝卜缨叶聚拢装置运动学模型,确定“拢缨速比”的取值范围;构建装置结构参数和前进速度、拢缨速比及作业姿态等运动参数及拢叶机构倾角对缨叶聚拢性能影响的数学模型,并求解出各因素优选区间。以缨叶聚拢成功率、缨叶破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,依据响应面法分析各因素对二者的影响效应,并对模型进行优化。试验结果表明：缨叶聚拢成功率影响显著性顺序为前进速度、拢缨速比、拢叶机构倾角;缨叶破损率影响显著性顺序为拢缨速比、拢叶机构倾角、前进速度;最优参数组合为：前进速度0.4 m/s、拢缨速比3.9、拢叶机构倾角86.3°。在最优参数组合下开展台架试验验证,结果表明：缨叶聚拢成功率、缨叶破损率分别为92.04%、8.81%,满足拔取式白萝卜联合收获机缨叶聚拢需求。研究结果可为白萝卜收获机械的设计提供参考。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。