加装导流板的舀勺式马铃薯播种机排种器性能分析与试验

马铃薯播种机排种器的投种角度、速度、高度以及种薯与土壤接触后的弹跳等对马铃薯排种器播种质量影响较大,针对上述问题,该文研制了舀勺式马铃薯排种器的投种结构,设计加装了导流板。通过对导流板的性能分析、种薯投种过程及种薯与沟底碰撞过程的运动学分析,确定了影响播种效果的因素;以主动轮转速、机组前进速度、投种高度为主要因素,株距变异系数、漏播率、重播率为试验指标进行田间试验,并进行了旋转正交试验回归分析。试验结果表明：经参数优化后的马铃薯排种器具有较好的播种质量,当主动轮转速为42 r/min、前进速度为1.2 m/s、投种高度为640 mm时,其株距变异系数平均值为12.5%、漏播率平均值为2.21%、重播率平均值为3.56%,其标准均高于传统的舀勺式排种器,播种效果提升显著（P<0.01）。该研究为马铃薯排种器技术进步提供了参考。     

果园风送喷雾机导流板角度对气流场三维分布的影响

风送喷雾条件下,雾滴是在空气流携带下进入果树冠层的各个部位,所以喷雾机气流场的运动和分布对雾滴的分布和穿透非常重要。为了研究果园风送喷雾机导流板角度变化对外部气流速度场三维空间分布的影响,该文采用ICEM建立几何模型,并进行全结构网格划分,采用k-ε湍流模型和CFX求解器进行数值求解。通过变换上导流板角度（30°、45°、60°、90°）与下导流板角度（0°、10°、20°、30°）,来模拟分析风机外部流场在各工况下的空间稳态流场、湍流状态,以及对气流场空间分布的影响。结果表明,下导流板角度由0°增加至30°过程中,由于地面摩擦阻力对气流的影响逐渐减小,同时地面摩擦阻力与两侧空气阻力形成的夹角越来越大,因此单一气流束逐渐分成3条气流束,这样的气流分布优于单一方向气流对果树枝叶的吹动效果,有利于气流携带雾滴进入果树冠层;上下导流板导向气流主要集中在导流板指向区域,因此,导流板的角度设置应根据树冠高度、树干高度来调整。通过设置合理的导流板角度,使得风场分布与果树冠形相吻合,达到仿形喷雾效果。对于行距4 m、树高3.0～3.2 m的果园喷雾,上、下导流板角度均为30°;对于棚架果园,上导流板角度为90°（或卸掉上导流板）,下导流板为30°。该研究有利于指导田间喷雾作业、喷雾参数调整,可达到更好的喷雾效果、减少环境污染。     

锥盘式撒肥装置的性能分析与试验

针对目前大多数撒肥机在作业过程中存在抛撒不均问题,该文设计了一种锥盘式撒肥装置。通过对该装置结构和工作原理的阐述及肥料颗粒在撒肥盘、叶片上和空气中的动力学和运动学分析,建立了肥料颗粒的运动模型。以叶片长度、叶片水平投影倾角、撒肥盘转速、肥箱落肥口位置和面积为试验因素,以肥料抛撒的横向变异系数为试验指标进行了台架试验。试验表明,当落肥口位置（落肥口中心点在以叶片旋转中心在地面的投影为坐标原点的空间直角坐标系中的坐标值）为（70 mm,0,800 mm）,叶片长度为150 mm,落肥口面积为2456 mm2,叶片水平投影倾角为1°,撒肥盘转速为1090 r/min时,横向撒肥变异系数为5.215%,此时肥料抛撒的均匀性最好,满足施肥作业要求。该装置基本上解决了肥料抛撒不均方面的不足,为锥盘式撒肥机的设计与优化提供了参考。     

自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化

针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析,确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型,运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验,分析了木质部去除量、韧皮部损失量等,仿真结果表明,剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350～650 r/min、0.2～0.4 m/s、5°～15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法,开展三因素三水平正交试验,通过方差分析和响应面分析,得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为：剥麻滚筒转速451.047 r/min,反拉速度0.319 m/s,喂入角度10.728°;样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%,平均原麻含杂率为1.14%,满足苎麻剥麻机技术标准。该换位夹持装置能够实现苎麻夹持喂入与自动反拉,简化剥麻机结构,提高剥麻机作业性能和剥麻质量,研究结果可为轻简型苎麻自动剥麻机的研发提供技术参考。     

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1 100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。     

双碳目标下退役农机产品拆解规划与EOL决策集成优化

退役农机产品回收再利用,不仅是对其剩余价值的再利用,也是实现可持续发展和循环经济的客观要求,对实现碳达峰、碳中和目标有重要意义。该研究基于双碳目标要求剖析退役农机产品拆解规划和EOL (end-of-life)决策集成优化问题,考虑拆解再制造过程中碳排放成本,以实现经济环境效益的最优化。首先,构建拆解再制造集成优化模型(disassembly remanufacturing integrated optimization, DRIO);其次,提出一种改进的人工蜂群算法(improved artificial bee colony algorithm, IABC)对构建的数学模型进行迭代求解,引入logistic映射生成初始解,雇佣蜂阶段和守望蜂阶段加入邻域搜索机制,侦察蜂阶段采用了轮盘赌方法,以获得利润高且碳排放成本低的拆解再制造帕累托方案;最后,通过联合收获机电机拆解再制造实例验证所提模型的有效性和改进算法的可行性。结果表明,所提DRIO模型的经济效益相较于DRIO-D和DRIO-R模型分别提高了62.1%和54.8%,碳排放成本比DRIO-D模型减少约50%。IABC算法相比于经典人工蜂群算法的求解时间缩短了19.3%,可行解数量增加了28.6%,相比于蚁群算法的求解时间缩短47.8%,可行解数量增加1倍。对于超体积值,人工蜂群算法（2.695）与蚁群算法（2.377）相近,但均小于IABC算法（2.813）。对于间距度量值,蚁群算法（0.0523）低于人工蜂群算法（0.0682）,IABC算法（0.0416）最低。运用该研究所构建的拆解规划集成优化模型,可有效提高废旧农机产品拆解回收的经济效益,减少碳排放,可为相关标准制定提供重要依据,为农机可拆解性设计提供决策支撑。     

马铃薯播种机分体式滑刀开沟器参数优化与试验

针对马铃薯播种机的铧靴式和圆盘式开沟器存在的种薯株距分布不均、播种效果质量差、回土量小等问题,研制出分体式滑刀马铃薯开沟器,并进行关键参数优化,分析开沟和回土过程中土壤颗粒在开沟器上的运动规律,研究种薯落入垄沟后的运动过程,确定影响土壤覆盖种薯效果的因素。采用旋转正交的试验设计方法,以机具前进速度、开沟器侧面夹角、开沟器长度及开沟深度为试验因素,以种薯的横向偏移系数、株距变异系数和回土量为试验指标,分析实施田间试验结果,优化分体式滑刀开沟器的结构参数与最优运动参数：在前进速度为0.95 m/s、开沟器侧面夹角为60°、开沟器长度为500 mm、开沟深度为115 mm时,株距变异系数为10.8%、种薯的横向偏移系数为3.83 mm、回土量为24.1%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究结果可为马铃薯开沟播种装置设计与应用提供参考。     

马铃薯气力精量播种机设计与试验

针对目前中国马铃薯播种机普遍存在作业速度慢、精度低、重漏播率高等关键问题,根据中国北方马铃薯一季作区大规模、大面积和高效精量播种的农艺要求,该文研制了一种马铃薯气力式精量播种机,该机一次作业可完成马铃薯开沟、侧深分层施肥、高速播种和覆土等多项功能。设计了气吸式马铃薯播种机多臂均布式排种器结构、分体式滑刀开沟器、排种器风机和动态供种装置;确定了包括配气阀、吸种臂及2种（常规薯、微型薯）吸种嘴的排种器关键部件的结构参数。田间生产试验表明,马铃薯气力精量播种机作业速度可达到10.2 km/h,播种早出苗2～3 d,同苗率达到96%。200 hm2的生产应用表明,本文所研制的马铃薯气力精量播种机重播率≤1%,漏播率≤1%,株距变异系数≤10%,同苗率96%,均超过国家标准且满足马铃薯田间种植的农艺要求,为中国马铃薯机械化播种提供了一种新技术、新装备和新方法。     

免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化

为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能,有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土表的秸秆视为刚体,无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形,导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足,该研究建立一种柔性秸秆模型,构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型,并通过土槽试验进行模型验证。同时,为解决标准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题,提出一种梯形直刀结构,对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明,梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀,标准刀和梯形直刀作业后开沟截面形状分别为梯形和三角形,刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式,梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形,而标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上,以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量,采用响应面法构建旋耕扭矩和碎土率的回归方程。基于NSGA-II算法对梯形直刀结构进行优化,最佳的结构参数为：弯折角150°、侧面角60°、刀片高度88 mm。田间试验结果表明,优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少11.70%,峰值扭矩减少6.28%,碎土率从82.53%提高至89.22%。     

基于全质心WLS-HDS-TWR算法的无人驾驶农业机械协同定位算法研究

针对室内全球导航卫星系统（Global navigation satellite system,GNSS）信号受遮挡时,农用车辆协同定位精度低、稳定性差、信号丢包等问题,本文开展面向超宽带（Ultra wideband,UWB）调频技术的室内外农用车辆协同定位算法研究。首先,搭建三基站多边测距定位模型,实现主基站绝对位置标定以及辅助基站绝对位置坐标的变换求解;其次,提出全质心加权最小二乘的高速双边双向（Weighted least squares high double sided two-way ranging,WLS-HDS-TWR）农机协同定位算法,基于泰勒级数展开的WLS估计算法,求解主车位置。同时,提出面向室内环境的多状态基站组合的UWB定位模块布设模式,并验证其可行性;通过飞行时间法（Time of flight,TOF）获取主从车距离信息,融合GNSS标定位置信息、主车坐标信息以及测距信息,实现主从车协同定位。最后,基于Prescan/Simulink搭建联合仿真平台,验证提出算法的可靠性;通过农用履带车辆开展室内及室外协同定位实车试验,试验结果表明：全质心WLS-HDS-TWR协同定位算法可有效解决室内GNSS信号缺失问题,室内环境下,定位精度较HDS-TWR及全质心LS-HDS-TWR算法分别提高26.98%和22.03%,满足智能农机协同定位作业需求。