悬挂式电动柔性疏花机控制系统设计与试验

为提高机械柔性疏花机对果树品种、树冠形状和大小的自适应性,设计了一种悬挂式电动柔性疏花机。基于仿形疏花的工作要求,确定了仿形参数关联式;采用超声波冠形探测方法,开发了嵌入式仿形疏花控制系统。田间试验测得仿形疏花执行机构的位置伺服控制误差较小,平移丝杠在位移目标值4.7～36 cm内的平均误差为0.17 cm,最大误差为0.9 cm;仿形丝杠在位移目标值5.7～15.3 cm内的平均误差为0.07 cm,最大误差为0.4 cm。结果表明所设计的仿形控制系统能满足疏花机平面位置伺服控制的精度要求。该研究可为果园疏花机械的结构设计和运行控制提供参考。     

悬挂式水田筑埂机及其关键部件研制与试验

为解决人工筑埂劳动强度大的问题,设计了一种悬挂式水田筑埂机,对其结构和工作机理进行介绍。筑埂机采用上、下2组旋耕刀进行取土和圆盘压辊镇压成埂。建立筑埂机旋耕装置的运动模型,通过对运动学模型的分析,确定了取土旋耕刀的转速300r/min、下旋耕刀数量5～7个、上旋耕刀数量3～4个、取土宽度150mm、取土深度20～95mm。通过对推压筑埂装置的受力分析,得出推压筑埂装置的驱动力矩。设计了180°翻转装置,解决了在田埂转角处不能修埂的问题。对筑埂机进行性能检测,检测结果表明,筑埂质量良好,均达到了各项农艺技术指标的要求。     

电驱式小区玉米膜上直插穴播机的研制与试验

为解决西北地区制种玉米机械化播种问题,针对制种玉米播种条件和农艺要求,设计了电驱式小区玉米膜上直插穴播机。重点对构成该机的核心部件前进速度补偿机构、限深机构、后轮高度调节机构等进行了设计、仿真。前进速度补偿机构是由转动导杆机构驱动平行四杆机构进行机具前进速度补偿来实现成穴器入土播种和出土期间水平位移差接近零;限深机构可保证穴播机播深合格率;后轮高度调节机构可根据平铺膜和垄作铺膜前轮与后轮的行走情况使机器保持水平,非作业时升高后轮可避免鸭嘴接触地表或撕裂地膜。并进行了大田试验,试验结果表明:前进速度补偿机构运行平稳可靠、振动较小,驱动的排种器鸭嘴插膜口小,穴孔和膜孔无错位,播深合格率较高;整机空穴率为1.1%,穴粒数合格率为93.2%,膜下播种深度合格率为90.1%,三项核心指标均达到了NY/T987—2006《铺膜穴播机作业质量》标准的指标;膜孔合格率为98.5%,可满足制种玉米播种的农艺技术要求和玉米播种机的基本作业质量标准要求。     

梳齿式甜菜清缨切顶机研制

针对现有甜菜切顶机存在切顶效果差和损伤率高的问题,该研究设计了一种梳齿式甜菜清缨切顶机,采用缨叶清理装置与梳齿式切顶装置配合作业,并分析了关键部件的力学与运动学特性。以前进速度、清缨辊转速、扭簧扭矩为试验因素进行二次正交旋转组合试验,获取梳齿式甜菜清缨切顶机的优化工作参数。试验结果表明：各因素对切顶合格率影响显著性从大到小为前进速度、清缨辊转速和扭簧扭矩,对损伤率影响显著性从大到小为清缨辊转速、扭簧力和前进速度。优化参数组合为前进速度1.30 m/s、清缨辊转速732 r/min、扭簧扭矩为9.45 N·m,此时切顶合格率为94.89%、甜菜损伤率为2.54%。田间试验结果表明,各指标的试验结果与理论优化结果的相对误差均小于2%,可以有效指导实际生产作业,研究结果可为同类机型的优化设计和作业参数设定提供参考。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。     

步行式甘薯碎蔓还田机的设计与试验

为缓解中国丘陵坡地小田块甘薯碎蔓机械短缺问题,研究设计了步行式甘薯碎蔓还田机.该文在分析整机结构的基础上具体阐述了甘薯碎蔓还田机工作原理,阐明了碎蔓装置、刀座防磨损设计、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计.甘薯秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率是评价甘薯碎蔓还田机的主要指标,该文在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对甘薯碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,以刀辊转速、离地间隙、刀片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计.建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化.试验结果表明:粉碎合格率影响显著顺序为刀辊转速＞离地间隙＞刀片间距;留茬高度影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;伤薯率影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;田间试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速为1 950 r/min、离地间隙为25 mm、刀片间隙为40 mm,此时秧蔓粉碎合格率为94.88％、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23％,与理论优化值对比误差小于5％.研究结果可为步行式甘薯碎蔓还田机的结构完善和作业参数优化提供参考.     

驱动式碎土除草多功能马铃薯中耕机设计与试验

针对传统锄铲式中耕机在土壤黏重板结情况下碎土率和除草率低、培土效果不佳等问题,该文设计了集深松碎土、铲除杂草、侧深施肥、培土起垄等多功能于一体的驱动式马铃薯中耕机,并对机具关键部件进行设计与分析,确定了深松铲、碎土刀、培土器的结构以及工作参数,在设计分析的基础上进行田间试验,并与锄铲式中耕机进行对照试验。田间试验表明：本文所研制的驱动式中耕机碎土率为95.1%、除草率为96.3%、伤苗率为1.2%、土壤蓬松度达到21.5%、油耗为13.2 kg/hm2,满足相关标准作业指标要求。对照试验表明：相较于传统锄铲式中耕机,驱动式马铃薯中耕机碎土率提高3.3个百分点、除草率提高3.1个百分点、伤苗率降低1.6个百分点、土壤蓬松度提高2.7个百分点、油耗降低28%,明显优于其作业效果,满足国家标准碎土率≥85%、伤苗率≤5%、除草率≥90%的要求。     

生鲜饵料离散式投饵机设计与试验

针对目前专为生鲜饵料设计的投饵机种类较少,且凶猛肉食性水产生物生鲜饵料喂养过程中密集投喂易引起夺食致伤致死的现象,该研究以虎斑乌贼为例,基于离心式投饵原理,提出生鲜饵料离散式投饵机设计思路,设计以西门子PLC为控制核心,MCGS触摸屏为人机交互界面的自动投饵机。该投饵机设计了适用于生鲜饵料的振动分筛盘实现生鲜饵料逐条抛投,拥有饵料抛投速度、方向、仰角的实时可控的子系统以及多段程投饵模式,实现离散式投饵。投饵机基础性能测试和投饵模式验证试验结果表明,多段程投饵模式可实现纵向抛投距离1.8～8.0 m,横向抛投距离0～3.9 m,抛投面积约26 m2范围内的饵料离散抛投,覆盖81.2 %的8 m×4 m室内养殖池;该投饵机转盘转速小于900 r/min时,平均饵料破碎率低于3.3 %,转速高于900 r/min时饵料破碎率激增,最大有效抛投距离10.5 m。该研究可为今后生鲜饵料投饵机和离散式投喂提供参考。     

连续式秸秆发酵饲料制备机的研制与试验

为解决目前秸秆饲料转化技术周期长、占用空间大等问题,基于优先分解部分半纤维素的体外发酵工艺,研制了一种适用于农作物秸秆的连续式秸秆发酵饲料制备机,以实现秸秆发酵饲料的快速高效生产。该文分别以玉米、水稻和小麦3种秸秆为原料、以木质纤维素分解菌复合系MC1为发酵剂,进行了周期为3d的、连续梯度发酵试验,对机器进行性能检测及相应的改进。通过试验发现以玉米秸秆为原料时,机器运行效果最佳。发酵3d后,玉米秸秆变得松散柔软,半纤维素少量分解,纤维素和木质素基本不分解。该机操作简单、使用方便,发酵过程中能耗低,周期短,可实现秸秆发酵饲料的连续批次生产,生产效率高。     

1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950k Pa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式前进速度刀辊转速开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150 r/min,前进速度为0.06 m/s,开沟深度为0.15 m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22 kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。     

茉莉花释香吸香装置研制及香气吸附试验

为解决传统茉莉花茶加工过程劳动强度大,配花量大,能耗大等问题,该文创新花茶加工方式,研发了能精确调控茉莉花释香环境参数及椰壳活性炭吸附花香的茉莉花释香吸香装置,进行不同温湿度对茉莉花释香性状指标及活性炭吸附的香气品质影响试验研究。结果表明,处理T2(温度30℃,相对湿度85%)、T3(30℃,95%)、T5(35℃,85%)的茉莉花失水率、开放度、感官品质及活性炭吸附率等指标优于其他处理;处理T5(35℃,85%)、T4(35℃,75%)、T6(35℃,95%)的茉莉花香气品质得分较高;在茉莉花最佳释香温湿度T5条件下,活性炭吸附率为13.96%。该释香吸香装置延长茉莉花生机,比传统方法提高利润28%,研究结果为茉莉花茶"茶-精油"创新工艺提供参考。     

混合驱动五杆花卉盘栽机构的优化设计与试验

为实现盘栽机构的轻简化和运动设计的灵活性,该文以一种混合驱动五杆机构来实现花卉穴盘苗盘栽运动。根据工作要求拟定机构轨迹,以变速电机最小角速度波动为目标,基于遗传算法优化得到机构中机架位置为(0,-150)和(-267.20,61.87),五杆机构的杆长分别为152.80、324.55、336.56、100.40、302.60、341.00 mm。建立花卉盘栽机构三维模型,利用ADAMS进行了机构运动仿真,验证了机构优化设计结果的正确性。对混合驱动五杆花卉盘栽机构控制系统进行了设计,试制样机并开展了花卉盘栽试验。通过进行花卉移栽试验,测试得到花卉移栽轨迹高度为265 mm,取苗倾角为140°,取苗时入钵摆角为6.92°、出钵摆角为6.27°,取苗环扣宽度小于3 mm,植苗倾角为90°,植苗时入盘摆角为13.19°、出盘摆角为4.19°,植苗段垂直轨迹大于40 mm。花卉移栽的平均成功率为87.16%,表明混合驱动五杆花卉盘栽机构可以实现花卉盘栽工作。研究拓展了混合驱动的应用领域,可为全自动花卉盘栽装备的研发提供参考。     

犁旋一体机自动调平系统设计与试验

为了解决犁旋一体机作业过程中调节机具问题,设计了一种犁旋一体机自动调平系统,该系统包括执行机构、控制系统、液压系统。根据犁旋一体机自身的特点,提出了一种确定调平角度范围的方法,并根据实际田间作业情况,运用EDEM仿真软件进行田间作业的虚拟仿真,仿真结果表明:地表平整度小于2 cm,满足农艺要求。在设计和仿真的基础上,进行田间试验,将手动调平的犁旋一体机的作业情况和自动调平的犁旋一体机的作业情况进行对照,分析了作业过程中机具的角度变化和作业后的耕深及其稳定性,地表平整度。结果表明:自动调平犁旋一体机相对于手动调平犁旋一体机,在耕深的稳定性和耕后地表平整度上有较为明显的提高,前者耕深稳定系数达到87.31%,后者为84.76%。前者地表平整度为1.97 cm,后者为2.56 cm。     

花卉幼苗自动移栽机关键部件设计与试验

为实现盆栽花卉幼苗机械化移栽作业,减轻人工操作劳动强度,该文对花卉穴盘苗自动移栽机的关键部件进行设计。基于机器视觉技术获取花卉幼苗生长信息,采用区域目标像素统计的方法对幼苗生长状况进行评价,并对优质种苗进行定位,剔除缺苗、劣苗。为满足不同规格穴盘通用性和种苗无损操作要求,设计了弹簧驱动柔性可调的幼苗根部夹持手爪,通过对手爪的力学分析计算,优化其中关键零件的结构参数。移栽机控制系统由PC上位机扩展多路电机驱动节点,以满足多轴控制需要。基于自动移栽机试验平台,对各关键部件进行试验测试,结果表明系统移栽作业效率小于800工作循环/h时,夹持手爪能够对幼苗进行可靠操作,移栽成功率95%以上,此外视觉系统对幼苗识别准确率87%以上。     

设施果园自动对靶精准变量施肥控制系统

针对目前果园条施肥过程中缺乏精准变量对靶施肥装置的问题,该研究研制了一种排肥轮槽口体积可根据果树目标施肥量及冠层直径大小自动调节,排肥轮转速随施肥车速自动变化的果园精准变量自动对靶施肥装置与控制系统.该装置采用外槽轮式结构,槽口体积可连续调节自动变化.采用激光雷达传感器实时探测果树冠层位置,使用霍尔传感器检测施肥车行驶...     

稻麦联合收获机割台参数按键电控调节装置设计与试验

针对目前国产水稻联合收获机割台参数调整依赖于经验手工调节、操控不方便等问题,该文设计了水稻联合收获机割台参数按键调节装置,提出了拨禾轮转速自动控制方法,建立拨禾轮转速自动控制模型,结合模糊PID控制算法实现拨禾轮转速自动控制。割台参数按键调节装置由传感器、PLC控制单元、显示器、按键、驱动等模块构成。PLC接收按键信息发送控制信号驱动割台部件电动调节,传感器将检测信号送入PLC,由显示器实时显示调整情况。测试结果表明,通过割台参数按键调节装置能实现割台高度、拨禾轮高度、前后位置及转速参数的自动调节,调节相对误差分别为7.4%、3.4%、2.0%和7.8%;作业速度相对误差为3.4%;拨禾轮转速自动控制响应时间≤0.8 s,调整时间≤1.7 s,最大相对误差8.5%,控制精度达到91.5%,基本满足水稻收获机割台参数调节要求,可为水稻联合收获机智能操控提供技术支撑。     

4PZ-1型自走式酿酒葡萄收获机的研制与试验

针对新疆人工采收酿酒葡萄劳动强度大、效率低下,缺乏适应新疆酿酒葡萄种植模式的收获装备问题,研制了一种自走式酿酒葡萄收获机。该机采用全液压驱动,主要由振摇分离机构、收集输送机构及自走式液压底盘三大部件组成,一次作业1行,可一次性完成对酿酒葡萄的分离、输送、除杂及收集作业。田间试验结果表明:在地形平坦,酿酒葡萄含糖量达到18%的情况下,该机以2 km/h的速度进行收获作业时可获得较佳采收效果,该速度下主要指标平均生产率为0.6 hm2/h,平均果实采净率为93.8%,平均果实破损率为9.3%。该研究可为推动中国酿酒葡萄收获机的国产化进程提供参考。     

连续式中红外-热风组合干燥设备的研制与试验

为解决现有肉干干燥设备效率低、品质差等问题,研制了一种适合肉干连续化生产的中红外-热风组合(combined mid-infrared with hot air,CMIHA)干燥设备,该设备包括进料段、加热段和出料冷却段3个单元,其中每个加热段均由输送系统、加热系统、对流循环系统和控制系统等组成。通过红外加热波长的定向设计及辐射强度的有效控制,加大红外辐射能的利用率,提高脱水效率。同时通过对连续式CMIHA干燥设备的加热系统、对流系统、冷却系统等主要工艺参数的优化计算,研制出用于肉干连续式脱水的CMIHA干燥设备,并进行生产试验,比较分析该干燥设备与传统热风干燥设备对牛肉干脱水效率及品质的影响。结果表明,在相同条件下(加热功率105 k W,加热温度70℃,热风风速1 m/s,冷却风速3 m/s,加热距离8 cm),与传统热风干燥设备相比,连续式CMIHA干燥设备能够加快牛肉干肌肉蛋白的变性,降低干燥活化能,减少脱水所需的能量,降低干燥耗时,提高生产效率,其活化能和干燥耗时分别降低了10.33%和57.14%,生产效率提高了2倍;同时,连续式CMIHA干燥设备能够减轻牛肉干表面结痂现象,减缓(P0.05)肌红蛋白的氧化,提高氧合肌红蛋白的含量,降低高铁肌红蛋白的含量,使牛肉干具有较好的"咬感"及色泽,其咀嚼性、剪切力、收缩率、红度a*值、色度C*值、色调H*值均显著优于(P0.05)热风干燥设备,赋予了牛肉干较好的感官品质,实现了肉干的高效率、高品质脱水干燥。该研究为风干肉连续式干燥设备的研制提供了参考。     

基于离散单元分析与物场分析的盆花移栽手爪优化

该文针对盆花移栽作业过程中出现的移栽手爪提取基质不完整的现象,基于离散单元分析方法,利用EDEM(enhanced discrete element method)软件建立起机构(移栽手爪)、作用对象(带有根系的盆花基质)、作用条件(花盆)间的离散元仿真模型,对手爪钢针的插入和提离过程进行离散元仿真分析,确定基质断层为提取基质不完整的原因,并通过对基质提离过程进行受力分析发现,导致基质发生断层现象的根本原因是基质提离总阻力大于基质内部所能提供的最大凝聚力。鉴于如上分析,利用物场分析方法提出在原有系统中添加揉盆机构的解决方案,通过对揉盆机构工作过程进行离散元仿真分析发现,在揉盆机构的作用下基质与花盆之间产生了缝隙,使花盆对基质由于粘附作用产生的摩擦阻力降低,减小了基质提离总阻力,证明在工作过程中揉盆机构可以通过减小基质提离总阻力来解决基质断层问题。分别对添加揉盆机构前后的样机进行3组100盆的花苗移栽试验,移栽手爪完整提取基质成功率从84.67%提升到97.67%。该研究将EDEM离散单元分析与物场分析方法结合应用在机构优化设计过程,可以为盆间自动化移栽领域的设备研制与开发提供参考。