天然草场改良用振动式间隔松土机作业机理

为了提升草地振动式间隔松土机的作业性能,需要对机具的作业机理进行研究。通过对机具的工作单体进行运动仿真分析,探讨了松土部件在强迫振动作用下对草耕层土壤的破碎机理。通过分析得出松土部件的工作过程为切削土壤和抛起土壤两个交替作用的阶段,在松土作业过程中,松土部件既有挤压松土又有振动松土,土垡因受剪切、弯曲和拉伸等作用得到松碎,松土部件产生与松土铲切削方向呈一定角度的振动有利于土壤疏松和降低机具的牵引阻力。     

基于挠性圆盘的甘薯裸苗类水平栽植运动分析与试验

针对目前挠性圆盘在甘薯裸苗栽植中无法满足水平栽植农艺要求的问题,结合农艺要求,对挠性圆盘夹持甘薯裸苗栽植过程进行运动学分析,构建裸苗触地弯曲与苗根运动的数学模型,利用台架和EDEM软件仿真试验验证模型,对裸苗弯曲朝向的影响因素与触地后裸苗根部的运动轨迹进行研究。结果表明：1）裸苗理论弯曲朝向由圆盘旋转中心距地面高度、机具前进速度与圆盘转速决定,裸苗根部会在触地后先向前移动一段距离;2）当机具前进速度为0.25m/s时,裸苗实际弯曲朝向与圆盘转速相关,圆盘转速为1.4rad/s时,甘薯裸苗弯曲实际朝向与理论朝向的符合率达到98%。当圆盘转速大于1.2rad/s后,裸苗根部在触地后先向前移动的距离小于10mm。田间试验表明在机具前进速度为0.25m/s,圆盘转速为1.4rad/s的情况下,甘薯裸苗在挠性圆盘的夹持下能够实现类水平栽植,栽植深度合格率达到95.6%,栽植姿态合格率达到87.8%。     

机械式排种器同步柔性皮带护种器的设计

针对机械式排种器中的固定板（带）式护种器伤种率高、机加工复杂、安装要求严格和不易更换等问题,设计出一种同步柔性皮带护种器。对其结构进行设计,并对同步理论和皮带对种子最大支撑力进行了分析,导出同步的临界条件和影响同步效果的因素,皮带对种子的最大支撑力远远小于种子自身的破坏力。通过试验表明,利用同步柔性皮带护种器比传统固定板式护种器减少种子的破碎率0.5%以上,有利于节约种子,提高种子的出芽率。     

小型方捆机草捆动态称量系统设计与试验

针对小方捆机作业过程中草捆连续、单捆动态分离称量难、捡拾器升降频繁、地面起伏大等问题,基于多传感器融合技术设计了一套方捆机草捆动态称量系统。提出了一种草捆动态分离、识别方法,构建了基于称量台实时下压力和俯仰角的双参数草捆动态称量系统,实现了单草捆动态独立称量。该系统由机械部分、传感器部分、数据采集模块、卫星定位模块、显示终端及上位机软件组成,传感器部分包括4个压力式称量传感器、称量台俯仰角传感器和草捆状态识别传感器。系统可以实时显示称量台下压力、称量台俯仰角、草捆质量、草捆状态和经纬度等信息。进行了草捆动态称量系统性能试验,结果表明,静态模式下系统的草捆质量预测值最大相对误差为0.38%;动态模式下草捆质量预测值和真实值决定系数R2达到0.996,系统预测的相对误差为-4.40%~4.30%。说明系统具有较高的准确性及较好的鲁棒性,满足田间草捆称量的实际需要,为打捆机作业质量评价提供了一种快速测量手段。     

气送式水稻施肥机输肥装置气固两相流仿真分析

通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对气送式水稻施肥机的气体肥料混合腔进行气固耦合数值研究。在数值模型中,使用EDEM软件模拟肥料颗粒,ANSYS Fluent软件描述气体相。通过研究混合腔喉部面积、喉部长度、气体入口压力和肥料排出速率的影响,分析气体和肥料的运动规律。模拟结果表明,2型喉管的气体肥料混合腔断面性能良好,喉部压力损失较小,气流速度最快。喉部面积和气流入口压力主要影响气流出口速度和混合腔轴向方向的肥料颗粒速度,肥料颗粒的移动受混合腔喉部长度和肥料进料速率的影响较小。喉部截面积的增加导致气流速度和压力损失在一定范围内下降。随着气流入口压力的增加,肥料所受合力和肥料颗粒速度均增加,适宜的气流入口压力为450~550Pa。结果表明,CFD-EDM耦合方法作为理解气流场中肥料颗粒运动规律的分析工具是可靠的,基于CFD-EDM耦合方法的肥料颗粒运动的数值模拟可为水稻侧深施肥装置的开发提供理论依据。该研究得到的优化后气体肥料混合腔结构参数及气动参数,对现有气送式水稻施肥机输肥装置的优化改进具有指导意义。     

变量施肥处方图识别与位置滞后修正方法

处方图变量施肥作业系统的技术关键在于根据处方图精确一致地“按图作业”.基于面向对象方法,设计并实现了变量施肥作业系统控制软件,提出基于作业机械位置的实时处方图识别算法,测试结果表明,单位处方识别时间不超过100 ms,能够满足实际系统作业的需要.在分析位置滞后原因的基础上,建立了变量施肥作业系统的位置滞后模型,通过田间实测试验,施肥时间延迟为1.84s.     

大豆田间杂草的光谱识别研究

精确施药的关键是快速正确识别杂草。为此,利用ASD野外便携式光谱仪,在田间测量了大豆、马唐和稗草植株冠层在350～2 500nm波长内的光谱数据,经过数据预处理,数据分析波长选为350～1 300nm和1 400～1 800 nm。数据处理采用支持向量机(SVM)模式识别方法 ,用线性、多项式、径向基和多层感知核函数对大豆和杂草建立二分类模型。结果表明:三阶多项式核函数SVM分类模型的正确识别率最高,达到85%以上,且支持向量比例较小;以二分类模型为基础,利用投票机制建立了大豆、马唐和稗草的一对一多分类SVM模型,正确识别率达83%;田间光谱测量受光照、背景和仪器测量精度等条件的影响较大,但结果仍表明SVM结合光谱技术在田间杂草识别中的应用潜力很大。此研究为田间杂草识别及传感器的建立提供了研究思路和应用基础。     

风送式水稻侧深精准施肥装置的设计与试验

针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。该装置采用模块化设计与乘坐式插秧机配套使用,采用电机驱动排肥、风送肥料、全球定位系统(global position system,GPS)测速的工作原理,侧位深施化肥的施肥方式,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验。试验表明,该装置与插秧机配合使用时能一次性完成插秧与侧深精准施肥作业,当预置施肥量为300 kg/hm2,车辆稳定行驶速度为1 m/s时,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需求。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。     

猕猴桃自动分级设备设计与试验

针对目前猕猴桃采后人工分级费时费力、自动分级成本高等问题,通过机械分离输送、图像采集与处理、智能控制等技术,研制了一套实用的猕猴桃自动分级设备。该设备包括单行定位输送系统、图像采集系统、分级执行系统和控制系统,通过多特征提取和融合分级的方法对猕猴桃实现了自动分级,同时在线监控参数。经试验验证,该设备按体积、形状、表面缺陷特征分级的准确率分别可达88.9%、91%、94%,融合分级的准确率可达86%。     

基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型

针对中国黄淮海地区冬小麦基肥施用过程中化肥无序投送造成的过量施用、利用率低的问题,结合现有的冬小麦旋耕施肥作业的农艺特点,该研究提出一种基于旋耕覆土的基肥定深条施投送方法。通过对旋耕刀、后抛土块进行运动学分析,建立了基肥定深施用装置排肥口位置与施肥深度关系模型,搭建了旋耕施肥试验平台,设计了2组递进试验,应用该平台对建立的排肥口位置与施肥深度关系模型进行大田试验验证,在旋耕机构的结构参数和工作参数一定的情况下,根据建立的关系模型对排肥管的安装位置进行依次调整,试验设置80、100、120、140和160 mm共计5种肥料目标投送深度,然后对5种肥料目标投送深度下的肥料实际位置深度进行测量。试验结果表明,肥料的实际位置深度均值与对应目标投送深度的偏差最大值为9 mm,偏移率最大值为8.75%,肥料的实际投送位置深度和目标投送深度基本吻合。该研究可以为中国黄淮海地区冬小麦基肥的精准定深实施及其相关联合机具开发提供理论依据。