茎瘤芥种子离散元模型参数标定

为解决茎瘤芥种子离散元模拟中缺乏准确仿真参数的问题,通过直接测量和虚拟标定方法确定“涪杂2号”茎瘤芥种子离散元参数。利用数显游标卡尺、电子秤等物理机械特性测定工具,得到茎瘤芥种子的三轴尺寸、等效半径、千粒重和密度;通过斜面碰撞法、三点滑动法和斜面法分别得到茎瘤芥种子与有机玻璃之间的恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.561、0.420、0.155;采用旋转鼓试验和圆筒提升试验结合MATLAB图像处理技术获得茎瘤芥种子的动态堆积角和静态堆积角分别为35.235 2°和14.483 0°。基于Plackett Burman试验筛选出对动态堆积角和静态堆积角影响显著的参数因子均为种子与种子间的滚动摩擦系数、种子与种子间的静摩擦系数;通过中心复合设计分别获得显著性因子与动态堆积角、静态堆积角的二次回归方程,并以动态堆积角和静态堆积角的实测值为目标,基于回归模型对因子参数组合进行优化,得到两组种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数最优参数组合为0.666 1、0.023 7以及0.341 6、0.036 0。对两组最优参数组合进行仿真验证,结果显示两组参数组合下动态堆积角、静态堆积角的仿真值与实测值相对误差分别为0.477%、3.590%和1.820%、4.950%。结果表明,仿真中种子与种子间的静摩擦系数、种子与种子间的滚动摩擦系数分别为0.666 1、0.023 7时,更符合茎瘤芥种子实际的物理特性。本研究能为茎瘤芥播种过程及相关装置设计优化提供参考。     

丘陵山地耕作装备发展现状及展望

土壤是农业发展的基础,土壤的好坏直接影响农业经济效益,丘陵山地占据了国土总面积的一半以上,受地形影响,耕作装备的研发发展缓慢,机械化程度低,丘陵山地耕作机械化水平严重制约着我国农业的发展,本文就国内外丘陵山地耕作装备的发展现状进行归纳,包括旋耕机、微耕机、深耕机、深松机等耕作机械,并对其存在的问题提出建议。     

基于图像重建的黄连根系-土壤复合体力学特性仿真与试验

针对黄连（Coptis chinensis）收获过程机械化程度低,根土复合体力学特性研究缺乏的问题,该研究以收获期黄连为研究对象,运用增量式运动恢复结构（incremental structure from motion,ISFM）和多视图立体（multi-view stereo,MVS）算法,通过多视角图像三维重构,将建立的高保真根系形态模型应用于不同条件下的根系-土壤复合体力学特性研究中。首先,通过田间采样和室内力学特性试验,得到根茎的平均剪切模量和泊松比,并测得不同深度的土壤和根土复合体的平均抗剪强度等物理力学参数。再以试验获得的入土深度为0～30 mm的土壤和根土复合体的平均抗剪强度作为响应值,采用Plackett-Burman试验和Central Composite试验等进行离散元仿真参数标定,并在EDEM软件中进行不同深度的土壤和根土复合体直剪试验数值模拟。结果表明：当土壤含水率在49.58%～62.96%、根系含水率在80%～230%的范围内时,在不同入土深度下,收获期黄连根土复合体离散元模型的内聚力和内摩擦角与试验结果的平均误差分别为3.48%和5.21%,标准差分别为3.44%和1.63%,验证表明通过图像重建根系模型可靠,并可用于模拟根土复合体力学行为。模拟方法可为黄连机械化收获关键工作部件设计和工作参数优化等提供理论依据。     

基于堆积试验的小麦离散元参数分析及标定

为确定小麦离散元仿真参数,以真实试验及不同参数组合下仿真得到的小麦颗粒堆休止角为响应值,基于响应面优化标定了小麦离散元仿真参数。研究应用Plackett-Burman试验对8个初始参数进行筛选,发现小麦-小麦静摩擦系数、小麦-有机板静摩擦系数以及小麦-小麦滚动摩擦系数对颗粒堆休止角影响显著。在通过最陡爬坡试验确定显著性参数最优值区间的基础上,根据Box-Behnken试验结果建立了休止角与显著性参数的二阶回归模型并对其进行优化,得到显著性参数的最佳组合为:小麦-小麦静摩擦系数0.58、小麦-有机板静摩擦系数0.61、小麦-小麦滚动摩擦系数0.08。最后将最佳参数组合下仿真得到的休止角与真实试验值进行对比验证,发现二者无显著性差异(P0.05),表明应用响应面优化标定小麦离散元仿真中所需的参数是可行的;同时,标定所得的最佳参数组合可为小麦离散元仿真参数的选取提供参考。     

山地烟田遥控履带式深耕机设计与试验

针对丘陵山区烟田采用现有微耕机作业耕深浅不能满足烟草种植技术要求和操控性差等问题,结合烟田保护性耕作需求,设计了一款适宜于丘陵山区烟田耕作的遥控履带式深耕机。对整机结构进行了设计,并阐述了其工作原理,对深耕装置进行了设计,利用数值模拟的方法对旋耕刀进行优化设计。创新性地提出了一种基于滚珠丝杆带动同步器换挡的变速器,并对其结构进行了设计,对其工作过程进行了分析,开展了智能化传动及机器控制系统研究,实现手机或遥控方式远程实时控制机器作业,以降低操控劳动强度,提高生产效率和效果。以耕深合格率为评价指标,在丘陵山区试验田内进行了耕地试验,结果表明深耕机作业性能较好,变速器换挡平顺,平均耕深合格率为93.3%,满足烟草种植的整地要求,验证了研制的履带式烟田深耕机理论分析与设计的准确性及合理性。研究结果可为丘陵山地烟田深耕机的研究提供参考。     

西南丘陵山区马铃薯全程机械化生产现状及分析

西南地区地处丘陵山区,地理环境复杂,薯类生产机械化水平低,种植面积和产量占比大。本文针对西南地区薯类生产机械薄弱和农机农艺不协调的问题,从马铃薯品种、生产现状、国内外生产装备方面综述西南丘陵山区马铃薯生产机械化现状,从播种作业、生产模式、生产技术等方面分析西南地区马铃薯生产机械应具有小型化低功耗、挖掘减阻、收获低损伤等关键技术。针对西南丘陵山区马铃薯全程机械化生产的问题做出相应的对策与建议。     

葡萄园喷雾机风机蜗壳结构改进与性能试验

葡萄园风送式喷雾机采用离心风机对雾滴进行"二次雾化"和输送,但离心风机不同同心圆风速变化很大,风机功率不能有效利用。本研究选用的恒功率横流风机不满足风量置换原理,为使其达到喷雾机需求,对风机结构进行改进。同时,以参数β、d、α、L为改进后结构变量,以距离出风口150mm处风速值为测量目标,对风机进行单因素风速试验,并对β和d变化情况进行数值计算分析。由试验结果和数值分析可知:改进后风速最大提高61.5%,角度α对风速影响最大,长度L次之,角度β和长度d对风速影响不大。此结果可为风机结构改进提供理论依据。     

密集烤房倾斜旋转式装烟机设计与试验

针对密集烤房鲜烟叶装炕劳动强度大、用工难、安全隐患突出等问题,结合密集烤房结构和烟叶烘烤技术要求,设计一种倾斜旋转式装烟机。主要由动力平台、升降装置、水平移动装置、倾斜旋转装置及PLC控制系统构成。通过对烟叶装炕过程的分析,对链条提升机构和油缸举升机构进行设计,确定其结构参数。为保证装烟机具有良好的装烟效果,对旋转机构和倾斜机构运动过程进行分析,得到载烟杆长度为650 mm,载烟杆与锥齿轮连接轴两轴线距离为13 mm,烟夹倾斜角度为23°,并通过遗传算法对锥齿轮进行优化设计。以装烟成功率和烟叶损伤率为评价指标,在密集烤房内进行装烟试验,试验结果表明：倾斜旋转式装烟机工作性能可靠、稳定,平均装烟成功率为96.7%,烟叶平均损伤率为7.8%。研究结果可为密集烤房智能装烟设备研究提供参考。     

深松铲耕作阻力影响因素的离散元法仿真分析

在建立了三维土壤颗粒模型的基础上,应用离散元法研究了耕深及耕速对深松铲耕作阻力的影响。在0.4~0.8 m/s的耕速变化范围内,耕深分别为180、220、260 mm的条件下,进行了仿真,并对接触力场和速度场进行了分析。结果表明,随着耕深及耕速的增加,耕作阻力均会增大,与理论研究相符。本研究可为今后进一步优化深松铲提供依据。     

基于激光导航的果园移动机器人自动控制系统

以实现果园作业自动化为目的,开发了一种履带式移动机器人作为作业移动平台。机器人采用激光测距仪实现对果树位置信息实现实时的采集,采用霍夫变换规划机器人导航路径,实现了树行直线方程的提取。机器人的航向偏差和横向偏差作为比例控制器的输入量,以机器人实际偏转的角度为输出量,实现机器人沿导航路径自动直线行走。机器人以0.14m/s速度直线行驶25m,最大横向偏差0.26m。试验结果表明,该系统导航控制算法性能良好。