关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机设计

为解决中国蔬菜育苗播种后人工摆放穴盘劳动强度大的难题,设计了关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机,并对机器的关键部件进行了理论分析及设计计算。确定了以关节式机械手作为摆盘执行机构,对其进行了数学建模并得到了摆盘机械手运动学方程。在单因素试验的基础上,进行Box-Behnken Design响应面优化试验设计,探求了穴盘输送高度、输送角度、输送速度3个关键参数对穴盘间距合格率、穴盘摆正率、穴盘排齐率3个评价指标的影响规律,利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,并进行响应面分析,得到了影响摆盘效果的3个关键参数的最佳组合为：穴盘输送速度为60 mm/s,穴盘输送角度为31°,穴盘输送高度为40 mm。并对优选出的最佳摆盘参数组合进行了试验验证分析,试验结果为：穴盘间距合格率97.6%,穴盘摆正率96.5%,穴盘排齐率95.7%,试验结果与理论预测值的误差绝对值均低于5%,表明摆盘执行机构在最佳工艺参数组合下工作平稳可靠,满足穴盘摆放技术要求。该研究可为全自动化、智能化穴盘摆放机的设计提供参考。     

水田平地机刚柔耦合多体动力学建模及验证

针对将水田平地机视为纯刚体多体结构不能反映其实际动力学特性,且机械系统动力学计算机仿真结果难以有效验证手段.该文提出刚柔耦合的平地机多体动力学模型及一种基于高速相机的模型运动学参数验证方法.其特点是结构与力学分析来对物理对体系统进行动力学建模,再通过计算机软件实现仿真,及非接触式的刚体质心与其姿态角的动态确定方法.从水田平地机机械结构、工作原理与实践结果出发,将平地机作业时变形较大杆件平行连杆作为柔性体,建立其多体机械系统的刚柔部件与运动副约束,即确定其动力学模型,以调平系统动力学部分为例借助多体动力学建模软件MapleSim对模型进行仿真,得到典型动态激励作用下的平地铲质心位置点的三维坐标与平地铲的姿态角;然后在实际激励信号作用下利用高速相机及其图像分析软件TEMA测得平地铲表面不在同一直线上的3个目标点的三维坐标,基于这些点的坐标求解平地铲质心位置与姿态角度作为测量结果,与仿真结果对比实现模型验证.验证结果表明:平地铲仿真结果与实际测量结果运动规律基本一致,平地铲质心位置误差最大误差约为10 cm.验证平地机建模方法可行性,该文提出的结构与理论分析建模-计算机仿真-基于图像分析的运动参数测量实现模型验证的机械系统设计方法对农机作业机械动力学建模与验证具有普遍适用性.     

篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机设计与试验

针对现有篱架式栽培葡萄园中株间除草机作业效率不高、葡萄藤周围未除草区域较大等问题,该文设计了一种双边作业的株间自动避障除草机。通过对除草单体各部件进行理论分析,确定了行宽调节机构、信号采集机构、自动避障机构和除草刀盘等关键部件的结构及参数,其中避障液压缸行程为150 mm,除草刀盘半径为150 mm。在ADAMS中建立了除草机虚拟样机模型,进行单因素仿真试验,确定了避障液压缸速度、前进速度和控制系统预设的当触杆转动达到一定角度触发自动避障机构工作的阈值(简称"角度阈值")为主要影响因素。以仿真得到的3个主要影响因素为试验因素,以除草作业覆盖率为评价指标,设计了二次回归组合试验,建立了除草作业覆盖率的回归模型,得到最优参数分别为:避障液压缸速度160 mm/s,前进速度380 mm/s,角度阈值15.12?。在最优参数下进行了田间验证试验,得到平均除草作业覆盖率约为90.02%。采取双边同时作业方式,作业效率比单边作业方式提高约1倍。该研究为可用于篱架式栽培葡萄及其他作物株间除草机的进一步优化提供参考。     

收割机作业速度多目标控制模型的鲁棒优化设计

本文围绕稻麦联合收割机作业速度控制策略问题,以收割机作业质量、作业效率、能效利用率为控制目标,基于模型鲁棒优化理论,建立了基于多目标控制的收割机作业速度控制模型;在分析各控制目标约束条件和满足收获损失率、作业效率和能效系数期望区间的基础上,考虑控制目标对田间作业参数变化的灵敏度,提出一种基于模拟退火算法的控制目标权重因子优化方法。田间试验结果表明,当草谷比变化率为40%,谷物密度变化率为29.9%时,本控制模型可将收获损失率控制在0.42%～0.43%范围内,脱粒滚筒功耗15.12～16.99kW,并能实现收割机复杂工作环境下作业速度的合理控制,进一步验证了控制模型的鲁棒性和可行性。     

黏重黑土条件下马铃薯挖掘铲仿生减阻特性分析与试验

针对黏重黑土地区马铃薯挖掘铲挖掘阻力大、能耗高等问题，以白茅根膜质叶鞘为仿生原型，设计了一种基于仿生波纹结构的马铃薯减阻挖掘铲。基于离散元（DEM）法仿真和土槽试验，确定减阻性能最优的设计参数；通过田间试验以油耗和阻力为指标验证仿生挖掘铲的减阻效果和挖掘性能。离散元仿真得到仿生挖掘铲最佳布置方式为纵向布置；在相同纵向布置方式下，通过土槽试验得到仿生挖掘铲的波纹参数在幅值为2.5 mm、频率为0.5时表现出较为优异的减阻性能。根据最佳参数研制仿生纵波纹铲，进行普通平铲和仿生纵波纹铲的作业对比试验，结果表明仿生纵波纹铲阻力减少了14.45%，单位油耗减少了17.15%。研究表明仿生纵波纹铲具有较好的减阻特性，仿生结构设计合理，能实现黏重黑土条件下马铃薯收获挖掘作业，可为整机节能减耗的研究奠定基础。     

联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计

联合收割机负荷模型存在严重的非线性和参数不确定性,在负荷控制器及其控制算法的研究中需要进行大量的试验,而负荷控制器的田间实车试验存在很多制约因素,难以实现全面试验。针对上述问题,建立了由负荷反馈控制器和虚拟联合收割机对象组成的半实物仿真试验平台。基于4LZ-2.0型全喂入收割机,设计了虚拟收割机模型和相应的各种工况,为研究开发联合收割机负荷反馈控制器及其控制算法提供有效的验证环境。最后,利用此平台模拟联合收割机实际作业过程,对负荷反馈控制器进行各种工况条件下的测试,试验结果表明了仿真平台的有效性。     

齿板式水稻钵秧摆栽机的研究

该文以2ZHB-6型水稻摆栽机为基础对齿板式水稻钵秧摆栽机的总体方案设计、送秧排序机构的工作原理进行了论述。通过对该机构的理论分析,并通过台架及田间试验验证,达到理论与实际机型的统一。     

软基水闸底板脱空动力学反演模型构建与试验验证

软基水闸极易因地基不均匀沉降、渗透变形等发生底板脱空现象,传统的无损检测方法难以在水下探测底板脱空,且不具实时性,其应用还存在一定局限性。该研究基于软基水闸室内物理模型,提出了一种软基水闸底板脱空动力学反演方法。首先,基于多参数变量的底板脱空范围数学模型,改进了反映软基水闸底板脱空参数与水闸动力学参数（模态参数）之间非线性映射关系的数学代理模型;其次,以水闸多测点多阶频率和振型变化率组合作为动力学敏感特征量,建立了软基水闸底板脱空参数反演的目标函数,并基于遗传算法对目标函数进行求解。最后,建立了软基水闸室内物理模型,并在模型中设置3种不同的底板脱空工况,采用软基水闸底板脱空动力学反演方法对软基水闸底板的脱空进行反演识别与模型验证。结果表明：基于动力学参数反演识别的水闸底板脱空区域趋势和脱空面积与模型实际脱空情况吻合较好,3种工况下水闸底板脱空面积反演结果与模型实际脱空面积的相对误差分别为7.47%、6.78%、6.90%,验证了该方法的可靠性,可望为软基水闸实际工程底板脱空隐患检测提供一种新的思路。     

4DL-5A型蚕豆联合收割机关键部件设计与优化

针对国内蚕豆机械化收获作业中存在的含杂多、损失大、破碎高等难题,该研究对集切割、输送、脱粒、清选、收集于一体的蚕豆联合收割机的关键部件进行设计。首先对4DL-5A型蚕豆联合收割机关键部件进行设计与分析,确定割台装置、脱粒装置、清选装置主要工作参数,然后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验并用Design-Expert进行数据处理,以含杂率、损失率、破碎率作为响应指标,重点研究4DL-5A型蚕豆联合收割机收获作业中前进速度、滚筒转速和风机转速对响应指标的影响规律,建立含杂率、损失率和破碎率的回归数学模型,通过响应曲面方法分析各因素交互作用影响,对回归模型进行多目标优化,得出4DL-5A型蚕豆联合收割机作业参数的最优组合为：前进速度0.57 m/s,滚筒转速400.45 r/min,风机转速1265.16 r/min,此时,含杂率3.23 %,损失率3.00 %,破碎率2.72 %。对优化参数进行田间试验验证,测得含杂率3.49 %,损失率2.87 %,破碎率2.83 %,与优化值相对误差分别为8.05 %、4.33 %、4.04 %,结果较吻合。该研究结果可为蚕豆联合收割机设计、结构改进和作业参数调整提供参考。     

WEPP细沟剥蚀率模型正确性的理论分析与实验验证

基于物理过程基础上的WEPP土壤水蚀预报模型将坡面侵蚀分为细沟侵蚀和细沟间侵蚀,建立了独立的细沟间模型和细沟模型.其中细沟侵蚀产沙方程从概念上可以预报细沟侵蚀过程,但没经实验或理论验证.该文经过理论分析表明,WEPP模型中的剥蚀率是水流含沙量的线性函数,并由给定的试验条件计算得到了函数中的参数.将理论分析结果和已有的实验结果进行了比较,验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.同时将已得到的确定细沟剥蚀率的微分方程代入细沟侵蚀产沙方程并求解,从理论上得到了含沙量随沟长变化的函数关系.将理论分析结果和由实验所得的结果进行了对比,进一步验证了WEPP中的侵蚀产沙模型.该文从细沟剥蚀率和产沙量两方面对WEPP模型中细沟侵蚀产沙模型进行了验证.     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构设计

为了解决4UZL-1型甘薯联合收获机作业过程中损失率大、伤薯率高等问题,该研究在分析4UZL-1型甘薯联合收获机整机结构的基础上开展薯块交接输送机构设计。以薯块交接输送过程中伤薯率和损失率为主要评价指标,在单因素试验基础上运用Box-Benhnken试验方法,以挖掘输送机构角度、刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度为试验因素,对4UZL-1型甘薯联合收获机薯块交接输送机构工作参数进行四因素三水平试验研究,建立了评价指标对各因素的多元回归模型,分析了各因素对作业质量的影响,并得到了最优结构和作业参数。试验结果表明:各因素对损失率从大到小的影响顺序为刮板链输送角度、挖掘输送机构速度、刮板链输送速度、挖掘输送机构角度;各因素对伤薯率从大到小的影响顺序为挖掘输送机构速度、挖掘输送机构角度、刮板链输送速度、刮板链输送角度;当机器前进速度为1 m/s,挖掘输送机构角度为20°、刮板链输送角度为68°、挖掘输送机构速度为1.2 m/s、刮板链输送速度0.67 m/s时,薯块损失率为1.12%、损伤率为0.94%,与预测值相比,误差分别为3.4%和1.1%。研究结果可为甘薯联合收获机的结构完善和作业参数优化提供参考。     

甘蔗收获机切割系统轴向振动的试验研究

为了验证不同结构布局对甘蔗切割系统轴向振动的影响,该研究设计了甘蔗收获机激振试验台及其激振特性试验;并在理论分析的基础上,通过试验研究了液压油缸、发动机和物流架等构件的安装位置对切割系统轴向振动的影响规律。试验结果表明:1)液压油缸安装在车架上的位置HP3时,即在X轴正向,距离前轮正上方535 mm附近时,刀盘的轴向振幅达到最小值1.28 mm;2)发动机安装在车架上的位置EP2时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 055 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值0.92 mm;3)物流架安装在在车架上的位置LP3时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 615 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值1.51 mm;4)最优安装布局为HP3、EP2和LP3,相比最劣布局,最优布局的刀盘轴向振动幅值降低40.8%,综合切割质量评定值R_0降低16.9%。液压油缸安装位置,发动机安装位置和物流架安装位置对刀盘轴向振幅影响的显著程度从大到小依次为物流架安装位置,液压油缸安装位置,发动机安装位置。综上,在研发适于丘陵地区的甘蔗收获机械时,液压油缸、发动机和物流架的安装位置应尽可能避开前后轮正上方位置,同时应加装隔振或减振装置,这对降低切割系统振动,提高甘蔗切割质量有重要的指导意义。     

联合收获机割台机架结构参数优化

为降低联合收获机正常工作时的共振,该文利用UG软件对沃得锐龙型稻麦联合收获机割台机架进行建模,求解出割台机架的模态频率和振型,并对割台机架进行模态试验验证及理论分析;在通过分析外部激振频率特点的基础上,使割台机架固有频率避开外部激振频率范围,并对机架进行结构优化与试验。试验结果表明:将割台机架横梁、弯梁厚度减少0.2 mm,底板、侧板厚度减少0.4 mm时,割台机架质量降低了14.02%,前4阶模态频率均避开了联合收获机各激励频率范围;将割台传动轴平衡配重块质量增加254.90 g,使得割台传动轴轴承座处沿联合收获机前进方向、上下方向位移振动幅值分别降低了25.70%和12.70%,并有效避免了割台共振的产生。该文的研究结果为降低联合收获机割台振动提供了设计依据。     

弹性揉搓式马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土分离与清土除杂效果不够理想，伤薯率、破皮率和含杂率较高等问题，该研究采用“双重振动分离+弹性揉搓除杂+缓冲减损集薯输送”收获工艺，设计了一种弹性揉搓式马铃薯联合收获机，主要部件包括挖掘装置、液压调控薯土分离装置、弹性揉搓清土除杂装置和缓冲减损集薯输送装置等。在阐述整机结构、收获工艺特点和工作原理的基础上，分析马铃薯运行轨迹、碰撞过程及土块破碎透筛过程，确定双重振动薯土分离段、弹性揉搓清土除杂段和缓冲减损集薯输送段的结构及运行参数，以满足高效分离除杂和减损防损需求。通过田间试验验证，在挖掘深度为220 mm，作业速度分别为3.17和4.16 km/h时，损失率分别为1.17%和1.43%，伤薯率分别为1.30%和1.27%，破皮率分别为1.98%和1.84%，生产率分别为0.41 和0.54 hm²/h，各项性能指标均满足相关标准的要求，可为装备研发和优化改进提供参考。     

食葵割台落粒损失和籽粒表皮损伤关键影响因素分析

食葵联合收获机田间作业时,割台拨禾轮在拨禾过程中碰撞葵盘造成葵盘落粒,在螺旋输送器输送籽粒和葵盘过程中,籽粒表皮受到摩擦作用力导致表皮损伤,此外割台剧烈振动也会引起茎秆抖动,进而造成葵盘落粒。针对上述问题,该研究对适收期内不同含水率下食葵收获过程中割台碰撞、振动作用对葵盘落粒损失以及摩擦作用对籽粒表皮损伤的影响规律进行试验研究,明确食葵较佳收获时期,提高食葵收获作业效果。首先,开展拨禾轮与葵盘碰撞作用对落粒损失影响试验和螺旋输送器输送过程对食葵籽粒表皮损伤影响试验,结果表明籽粒含水率与落粒损失率呈极显著负相关（P<0.01）,与籽粒表皮损伤率呈极显著正相关（P<0.01）。其次,根据食葵收获对籽粒损失率和损伤率的要求确定了落粒损失率和籽粒表皮损伤率对收获效果的影响权重分别为0.54和0.46,通过目标函数寻优得出籽粒含水率为9%～13%为食葵较佳收获期。最后,基于Default Shaker液压振动台研究联合收获机主要振动频率范围内（1～40 Hz）的振动激励对落粒损失的影响,结果表明,食葵植株在7Hz振动激励作用下葵盘落粒损失率最大为1.5%。试验结果可为割台关键部件运行...     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

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。     

谷物联合收割机电控全液压转向系统建模与仿真

为研究谷物联合收割机视觉导航系统中电控全液压转向系统的操纵性能,该文介绍了联合收割机视觉导航系统结构,在建立了电控全液压转向系统各组成部分的数学模型基础上,构建了系统的仿真模型,并进行了Simulink 仿真。仿真结果表明：联合收割机的侧向速度和横摆角速度的稳态值与实车试验结果一致,横摆角速度稳态值约为-12.5°/s,侧向速度稳态值约为-0.25 m/s,二者的稳态误差小于5%;在信号瞬态响应过程中,仿真与实车试验的过渡时间相同,约为1.8 s,仿真试验的侧向速度及横摆角度的响应速度皆快于实车试验结果,但二者总体变化趋势相同。所建立的系统模型准确、可靠,较好地反映了联合收割机转向时动静态特性,为联合收割机视觉导航转向控制器设计提供参考依据。     

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。