基于Arduino的土壤机械阻力连续测量系统设计

土壤机械阻力既关系到农作物的产量,又关系到农业机械的作业性能和能量消耗。为了实现土壤机械阻力的连续测量,开发设计了一套由“S”型力传感器、GPS模块、超声波测距模块、Arduino控制器、LCD显示模块和SD卡模块组成的系统。通过Arduino程序控制,使“S”型力传感器测量的土壤机械阻力,GPS模块测得位置信息及耕地速度,超声波测距模块测得的耕地深度存储到SD卡模块中。该系统通过Proteus仿真和硬件实物的搭接验证了系统的可行性、准确性。该系统的测量过程和方法与精准农业实时、连续测量土壤机械阻力的要求相吻合。      

黄淮海旱作区农田耕层土壤结构特征与其影响因素

为探究黄淮海旱作区农田耕层结构特征,基于土壤穿透阻力数据,运用地统计学、Mann-Kendall突变检验法等方法,识别了旱作区农田压实层的位置及厚度,并探究了压实层和耕作层的空间变异特征及其影响因素.结果表明:土壤容重、含水率和土壤质地是穿透阻力的主要影响因素.和表层土壤相比,深层土壤穿透阻力更易受含水率和土壤质地的影...     

花生收获机械土壤阻力测试装置试验与设计

为便于对花生收获机械作业过程中所受的土壤阻力进行测试与研究,研制了由机械部分、传感器和信息采集与处理3部分组成的花生收获机械土壤阻力测试装置。测试装置由拖拉机牵引可快速连续测试土壤阻力,并能实时显示、即时存储。系统标定和实验室试验表明:系统运行稳定,平均测试精度达93.07%;在田间进行两因素三水平验证试验,测试装置运行平稳,准确地反映了所受土壤阻力情况。     

土壤机械阻力连续测量系统设计

典型的土壤机械阻力连续测量系统在田间作业时,多采用笔记本电脑对数据进行显示和存储。本设计依据应变测力的测量原理,设计一种能够对土壤机械阻力实现连续测量的系统。该系统通过Arduino UNO将GPS数据、超声波测距传感器测量的距离数据和"S"型力传感器测得的力数据共同存储到SD卡中,能够准确地测量出土壤机械阻力的实际情况。本设计体积小、质量轻,成本低,容易操作,能够准确、连续地测量出土壤的机械阻力。     

大田尺度下车载式土壤多参数测量方法研究

应用自行研制的土壤含水量、电导率与耕作阻力车载测试系统以及EM38电导率测试仪,在特定的耕作和施肥管理制度试验田中进行大田尺度下的土壤多参数车载测量研究。在土壤参数空间分布信息基础上进行相关分析,结果表明复合传感器具备农田土壤含水量和电导率变异响应能力,进一步建立了农田土壤电导率与含水量、耕作阻力以及施肥信息之间的统计预测模型。     

移动式土壤工作部件性能参数测试系统

介绍了基于土槽的土壤工作部件性能参数测试系统的构成、关键技术问题的处理,论述了一种定点等距采集数据的方法,该方法采用计算机软件对机组的位移脉冲信号连续计数,以确定采样点的位置和采集牵引阻力等数据。试验表明,采用定点等距采集数据方法的系统不仅具有结构简单、可动态显示数据等优点,而且便于离线定点研究土壤坚实度、土壤湿度等参数与机组牵引阻力的关系。     

基于嵌入式力学传感器的圆锥指数仪设计与试验

为消除在测量过程中因圆锥杆受被测材料摩擦力所产生的测量误差,改进了圆锥指数仪设计,将微型力学传感器嵌入到圆锥杆下端,实现了对土壤和青贮玉米饲料压实度的精确测量.试验结果表明,测量2种土壤压实度过程中,原有圆锥指数测量方法因圆锥杆受摩擦力作用所产生的测量误差可忽略不计.而在青贮玉米饲料压实度测量过程中,2种不同紧实度样本中圆锥杆受摩擦力约占压力传感器测量值32.56％和34.05％,当圆锥头不受阻力时,嵌入式力学传感器测量值为零,而压力传感器测量值约为110 N和280 N,表明原有测量结果存在较大误差.     

振动式土壤切削挖掘阻力试验台设计

为探究低频振动挖掘铲在不同牵引速度、振动频率、振动轨迹等因素下对土壤切削挖掘阻力的影响,设计了振动式挖掘铲土壤切削阻力试验台。试验台主要由多连杆振动机构、挖掘装置、试验测试系统及行走装置等组成,通过对试验台的多连杆机构进行设计分析,可满足试验时挖掘铲振动轨迹、振幅等因素可调的要求;设计了试验测试系统,可完成对切削挖掘阻力、振动频率、激振扭矩等信号的数据采集、显示与存储。土槽试验验证表明:各水平因素参数均能够按照设计要求精确调整,测试程序能够准确显示对应信号曲线图形并对数据进行存储,符合试验台设计要求。     

土壤机械阻力的连续测定及空间变异结构分析

设计了一个土壤机械阻力连续测定系统。利用试验所得数据,初步探讨了土壤机械阻力的空间变异性和分形特征。结果表明,土壤机械阻力表现出空间变异结构,在一定范围内存在空间相关现象,用半方差法和功率谱密度法计算出土壤机械阻力的分维值分别为1.79~1.91和2.12~2.30。     

土壤比贯入阻力测试装置研究—基于Android手机WIFI控制

土壤比贯入阻力是反映耕地土壤板结程度的一项重要指标。现有测量装置多采用人工手动加载测量的方式,无法依据测量标准保持恒速,准确度、自动化程度及测量效率低,且劳动强度大。为此,应用传感器技术、机械电子技术、无线通信技术,以及智能终端设备设计研制了一种基于Android手机WIFI控制的电动式土壤比贯入阻力测量装置。该装置以单片机传感器为核心,采用电机驱动实现圆锥测头按ASAE S313.3 FEB04标准以3 0.4 8 mm/s恒速贯入土壤,测量数据实时显示并存储于TF卡中;初步设计实现了使用Android手机,通过WIFI通讯与测量装置建立连接、操控测量装置,接收、存储测量数据,并绘制曲线。测试结果表明:该装置结构简单、测量精度高、操作简单、自动化程度高,应用前景广阔。     

错位布置深松铲距对土壤扰动和耕作阻力的影响

铲距是深松机的关键布置参数,对深松耕作阻力和土壤扰动效果会产生重要影响。为此,借助田间试验的方法,通过分析错位布置深松铲在不同横向和纵向铲距作业下土壤坑形宽度、土壤垄型高度、土壤扰动面积、耕作阻力及比阻等的差异,研究不同布置铲距对土壤扰动和耕作阻力的影响。试验结果表明:前铲的土壤扰动作用大于后铲,前铲的土壤垄型高度和坑形宽度大于后铲;横向与纵向铲距较小时,土壤易堆积且双铲的土壤扰动作用会发生部分抵消;铲距较大时,双铲协同作用较小且力矩较大;二者均导致土壤的坑形宽度变小,垄形高度和耕作阻力变大,降低耕作效果;当横向铲距和纵向铲距布置分别为35cm和30cm时,垄形高度最低、比阻最小,土壤扰动及耕作阻力的综合效果较好。本研究可为深松铲的优化布局提供一定的参考依据。     

深松耕作对土壤物理性状和入渗性能的影响

为探讨深松耕作对华北平原地区土壤物理性状和水分入渗性能的影响,采用双环(APM)、入渗仪等试验材料,研究了深松(40 cm)+旋耕(PS)和仅旋耕(CK)2种耕作方式对冬小麦全生育期土壤物理性状及入渗特性的影响.结果表明:冬小麦全生育期,PS处理(0,40]cm土层土壤容重、紧实度较CK分别降低6.58%,31.29%,土壤含水率较CK增加12.11%;PS处理20,40 cm深度土壤饱和导水率较CK分别显著提高116.65%,83.69%,60 cm深度土壤饱和导水率较CK提高8.25%;PS处理土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和累计入渗量畦灌前较CK分别提高21.52%,31.75%和11.56%,畦灌后较CK分别提高61.54%,68.42%和12.63%,差异具有统计学意义;采用4种入渗模型对入渗试验进行了比较,其中,Kositiakov入渗模型能够较好地对各处理进行拟合,决定系数R 2在0.92~0.96,得到了不同处理畦灌前后的入渗系数a和入渗指数b.研究结果可为不同耕作方式模拟畦灌过程、确定畦灌最优灌水技术参数提供参考依据.     

玉米条带少耕作业驱动式破茬刀设计与试验

针对东北玉米垄作区耕整地动土量大和春季降雨量低时土壤墒情不佳、耕作阻力大等问题,提出一种条带式少耕的作业方式,并设计了驱动式破茬刀。通过对驱动式破茬刀的作业工况进行受力分析得出,当破茬刀的滑切角大于或等于与其接触的根茬或土壤的摩擦角时,破茬刀耕作阻力降低。结合根茬与土壤滑动摩擦角的测量和破茬刀的运行速度取值,确定了刀片的刃口曲线方程;进一步通过分析根茬受力状态及测定物料间摩擦角,确定驱动式破茬刀的作业半径为230 mm;最后通过确定刀片的几何尺寸、刀轴和刀盘参数得到驱动式破茬刀。有限元模态分析与强度、刚度校核结果表明,所设计的驱动式破茬刀性能良好、满足设计要求。离散元仿真对比试验表明,所设计的驱动式破茬刀比驱动式圆盘刀组的耕作阻力降低了19.78%、土壤抛起数量降低了13.95%,其耕作阻力与动土量性能均较优。     

我国机械化耕整地技术发展初探

机械化耕整地技术是最基本的农田作业机械化技术。介绍机械化耕整地技术的主要内容,提出我国机械化耕整地具有中小型机具仍占主流、大中型联合耕整机推广速度加快、保护性耕作机具得到发展等特点。通过分析与先进国家的差距,提出今后应向自动化、智能化宽幅大型化、高效联合化方向发展,并在标准化、通用度上下功夫。     

保护性耕作条件下棵间蒸发量模型初探

为计算保护性耕作条件下农田棵间蒸发量,以一年两熟地区保护性耕作体系试验数据为基础,进行了以叶面积指数、地表秸秆覆盖率、地温比值、地表含水量等参数为自变量,日棵间蒸发量为因变量的4种回归分析.结果表明,影响日棵间蒸发因素强弱顺序依次是地温比值、地表含水量、叶面积指数及地表秸秆覆盖率,并建立了一年两熟地区保护性耕作条件下的蒸发积分模型.     

土壤耕作部件极窄刀齿与土壤作用关系研究

随着保护性耕作技术和低扰动土壤处理技术的发展,新型土壤耕作部件越来越多地采用窄类或极窄类刀齿形式。通过理论分析和室内土槽试验,对矩形齿和三角形齿两种极窄刀齿贯入土壤造成的土壤失效机理、刀齿工作时的主要阻力来源、刀齿形状尺寸参数对贯入阻力的影响以及刀齿贯入阻力预测模型进行了研究。结果发现,极窄刀齿在贯入土壤过程中,土壤与刀齿相互作用产生应力场和速度场,土壤主要受到刀齿的挤压而失效;刀齿所受阻力可以通过相互作用过程中产生的力学分量进行预测,特别是该预测模型能够较好地反映刀齿在不同深度下所受阻力的变化趋势,研究还发现在土壤参数一定的情况下,极窄刀齿所受阻力与刀齿和土壤的接触面积直接相关,极窄刀齿的形状尺寸参数是其受力的重要影响因素。     

黑土地保护性耕作技术应用效果及推广策略

传统高强度的土壤耕作使黑土地土壤肥力和有机质含量不断下降,理化性状与生态功能降低,严重影响我国粮食安全与农业可持续发展。辽宁省义县开展了3种保护性耕作模式的试验示范对比研究,结果表明,与未采取保护性耕作技术的对照田相比,保护性耕作技术在减轻土壤风蚀水蚀、培肥地力和提高农作物产量方面具有明显的优势。同时,分析了保护性耕作技术推广应用中存在的问题,并提出推广策略。      

反旋深松联合作业耕整机设计与试验

针对现有深松旋耕联合作业机多为深松部件在前、旋耕部件在后的组合结构,较少考虑各工作部件作业时之间的相互影响,本文基于深松部件、旋耕部件作业之间的交互作用,设计一种用于深耕的反旋深松联合作业耕整机,通过旋耕、深松、镇压多工序实现表层土壤细碎、秸秆埋覆,深层土壤疏松目的。整机以提高作业质量、减少作业阻力为设计目标,运用离散元仿真与正交试验、有限元仿真结合进行整机参数优化。离散元仿真结果表明:机具作业速度v_m为1.8 km/h、刀轴转速n为350 r/min、旋耕刀类型X为IIT195弯刀时,机具作业壅土量为5 283个土壤颗粒,植被覆盖率为98.37%,此时综合作业质量较优;有限元仿真结果验证了深松铲设计强度满足作业要求。以较优参数组合为基础的田间试验结果表明:反旋深松联合作业耕整机旋耕深度、深松深度、地表平整度、土壤膨松度分别为182.8 mm、388.4 mm、18.3 mm、17.22%;旋耕深度稳定性、深松深度稳定性、植被覆盖率均在90%以上,完全满足深层土壤整地需求;与深松旋耕联合整地机相比,反旋深松联合作业耕整机在不影响作业效果前提下,提高了耕深稳定性、植被覆盖率,同时使牵引阻力降低了16.21%,作业稳定性、可靠性较好。     

微耕机刀辊降耗和机具匀速钢带驱动的试验

由汽油机提供动力的自走式微耕机耕作时匀速性差,旋耕刀辊每转不同时刻的切土阻力和功耗波动较大。为了提高刀辊的切削稳定性及整机的操控性,对刀辊进行了改进设计,并为某型号微耕机增配了地轮驱动系统。对原刀辊和改进刀辊的切土过程进行的数值模拟结果表明:改进和优化后的刀辊切土功率峰值和平均功率分别比原刀辊降低了32.3%和41.5%,最大切削阻力降低了49.9%,切削力和切土功率波动有效减小,为机具增配驱动轮提供了功率保障。改进前后机具的对比试验表明:改进后的机具工作正常,未出现功率不足的现象,且具有更好的耕作匀速性,操控难度降低,耕作效率提高。研究结果为同类微耕机增配使机具匀速前进的驱动系统提供了理论依据。     

Interactions of the Cutting Edge of Tillage Implements with Soil

The effect was studied of the cutting edge geometry of tillage implements on tillaged forces, soil failure and soil movement below the tillage depth. Tests were conducted using 400 mm wide experimental sweeps under the controlled conditions of a tillage test track (large outside continuous soil bin) and in the field. Corresponding tests were also conducted using a glass-sided soil bin to help quantify the interactions between the soil and tillage implements. By changing from a tillage tool with a sharp cutting edge geometry to a blunt one, the results showed that the draught force of a tillage tool with a similar overall geometry could be increased by up to 80% and the direction of the vertical force could be altered from one which acted to pull the tool into the soil to a force which provided tool lift. X-ray transmission, soil pore counts and cone penetrometer measurements, during the experimental sweep tests showed that the blunter cutting edges often formed cracks in the soil below the tillage depth. During the tillage test track tests a small angle of interference (negative clearance between the underside of the tool and the soil) increased the cone penetration resistance of the soil below the depth of tillage. Corresponding tests in the glass-sided soil bin revealed that the tool smeared the soil as the cutting edge passed.