我国农田开沟机研究进展及展望

农田开沟机是一种经济、高效的农业开沟装置,是农田水利机械中不可或缺的一部分。它的应用对缩短开沟周期、提高开沟质量和降低成本起到了极其重要的作用。为此,对我国农田开沟机的现状与前景进行了综述。     

草地振动式间隔松土机设计与试验

针对我国草原长期过载放牧,造成土壤板结严重,导致草原退化的问题,设计了9ST-460型草地振动式间隔松土机.该机采用间隔配置的梯形框架式松土部件,利用曲轴连杆机构产生的向上激振力,对通过松土部件的土壤进行强制振动疏松,实现了在不破坏草原植被的条件下,对高坚实度草原土壤的松土作业.田间试验表明:机具在前进速度1 m/s、振动频率10.0 Hz情况下,作业稳定,松土效果明显.经检测,松土平均深度20.01 cm,松土比43.4%,植被破坏率1.6%,生产率0.85 hm~2/h,达到了技术要求.作业后土壤容积密度和坚实度平均降低了30.0%和48.8%,可以获得适合牧草生长的虚实并存的耕作层,提高了土壤的蓄水保墒能力,天然草地和人工草地牧草产量分别增产73.99%和68.65%.     

穴孔式水稻排种器投种过程分析

在水稻工厂化穴盘育秧播种过程中,排种器的投种过程是影响播种性能的最后环节,为满足排种器播种性能要求,对投种过程中种子运动规律、投种机理等进行了理论分析.把投种过程分为及时投种、延迟投种和强制投种过程,推导出每个过程中排种器各参数与穴盘运动速度间的关系式,并对投种过程进行了高速摄像分析,验证了理论分析的合理性.建立了型孔长度与排种器相关参数间的限制关系式,分析表明合理选择排种器设计参数,能够保证种子不与型孔另一边壁发生碰撞,实现顺利投种.     

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。     

基于姿态实时监测的多路精准排肥播种控制系统研究

针对现有精准排肥播种控制系统缺少对机具姿态进行监测判别的现状,在现有精准排肥播种控制系统架构基础上,增加了机具作业姿态实时监测模块,使系统可以根据机具的实时前进速度和作业姿态自动控制排肥量和播种量,减少人员对系统的操作。该系统主要由车载控制终端、PID控制器、多路集成比例阀、光电转速测试码盘、机具姿态解析模块、机具位置与速度解析模块、液压马达等组成,其中机具姿态解析模块采用MPU6050芯片实时测量下拉杆与机架的俯仰角,应用STM32F103MCU芯片实时获取MPU6050芯片的输出数据,并反馈到车载控制终端,封装后的机具姿态解析模块安装在拖拉机三点悬挂的下拉杆中部,对下拉杆与水平面的夹角数据进行实时记录和反馈,判别机具的作业姿态是否处于工作状态。将该控制系统安装在小麦基肥精准分层施肥播种机上,在北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地,对该控制系统进行静态标定和动态试验,以检测可靠性和稳定性。静态标定试验结果显示,马达转速与系统的排肥排种量存在一元线性关系,此时浅层肥料、深层肥料和种子的单圈排量分别为16.97、29.31、11.2g;姿态标定结果表明,设置临界角为5.3°时,系统的机具姿态提示信息正确,能够满足姿态监测的要求;动态试验表明,机具工作状态下,浅层肥料、深层肥料和种子排量变异系数分别为3.5%、3.8%和3%,3路的排量偏差都控制在5%以内,机具抬升状态下,排肥排种轴处于静止状态,说明该系统的运行过程总体比较稳定,能够满足小麦基肥分层施肥播种机具的精量排肥排种的作业要求,同时能够减少人为操作流程。     

四要素变量施肥机肥箱施肥量控制算法设计与试验

针对黑龙江农垦地区垄作玉米施肥过程中遇到的肥料分层问题,设计了一种四要素变量施肥控制系统。系统采用电液比例控制技术,主要由液晶显示终端、变量施肥控制器、4路液压马达和编码器、4路排肥机构（排肥轴和外槽轮）和GNSS模块组成。为了实现氮肥、磷肥、钾肥和微肥的一次性及时、准确施用,提出了一种基于复合交叉原则的各路施肥量确定策略,基于PID技术设计了液压马达控制算法。根据用户在变量施肥控制软件中设置的目标施肥量,系统自动确定各肥箱精确施肥量,基于PID液压马达控制算法,实时计算4路液压马达的目标转速,同步向控制器发送4路转速指令,一次性完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种肥料的同步变量施用。为了验证各路施肥量控制算法的效果,分别进行了PID算法响应时间和精度试验、变量施肥系统单质肥排肥性能验证试验和作业条件下各肥箱施肥量控制算法验证试验。试验结果表明,基于PID技术的排肥轴转速控制算法响应时间不大于0.5s;变量施肥系统单质肥排肥性能误差绝对值不大于3%;作业条件下各路施肥量控制算法显著减少了氮素的施用量,实现了氮肥、磷肥、钾肥的精确投入。四要素变量施肥机各路施肥量控制算法完全满足了垦区玉米施肥精确、均匀施用的要求。     

基于组合式排种辊的穴盘播种机的设计与机理分析

穴盘精密播种设备主要用于实现穴盘精密播种,是设施播种育苗环节的关键设备,可以减轻播种作业的劳动强度,提高播种效率。针对现有圆辊型孔式穴盘播种机的排种辊更换不方便、适应性差的问题,为满足丸粒化蔬菜种子精密播种的需要,设计了一种基于组合式排种辊的穴盘播种机。该机采用可拆卸排种辊的结构形式,排种辊采用排种盘分体组合式,由独立的排种盘组合而成,针对常用的50穴、72穴、128穴标准育苗盘设计了组合排种辊,不同育苗盘的播种作业只需要更换相应的排种盘,实现一机多用,并通过对排种盘清种和护种过程进行运动和受力分析,为播种机的完善设计与试验提供理论支撑。     

1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机设计与试验

针对我国缺乏农田水渠开沟专用装备的现状,设计了1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机。该设备采用牵引式结构,开沟作业的动力由独立的液压系统提供,利用液压马达带动开沟刀盘旋转,开沟刀盘能同时实现切土和抛土的功能,开挖出梯形截面水渠。同时,设备集成了GPS拖拉机自动导航系统,提高了开沟直线度。田间试验结果表明,在土壤含水率15.8%,土壤坚实度0.31MPa情况下,样机作业速度能够达到0.12m/s,开沟深度407mm,梯形断面的沟面宽度984 mm,沟底宽度305mm,开沟深度稳定性可以达到97.1%,在使用拖拉机GPS自动导航的情况下,开沟最大直线偏差能控制在90mm以内,机具能够稳定地一次性开挖梯形断面水渠,设备在北京、江苏、黑龙江等地开展了田间试验,均能在当地土壤条件下完成梯形截面水渠的开沟作业。     

基于Creo Parametric的新型防堵装置运动仿真

结合被动式防堵装置和动力驱动式防堵装置的优缺点,开发了一种新型的滑板压秆旋切式防堵装置,并分析了该防堵装置的结构和工作原理。同时,采用Creo Parametric软件建立了三维几何模型,并通过Creo Parametric软件的机构模块对关键部件进行了干涉和运动仿真分析。通过分析确保该装置各部件之间不存在干涉,并得到其关键部件旋切平面刀端点的速度、速度X方向分量、速度Y方向分量及加速度、加速度X方向分量和加速度Y方向分量随时间的变化规律,旨在为滑板压秆旋切式防堵装置的结构优化提供科学依据。     

国内外甘薯移栽技术装备研究现状及展望

甘薯是重要的粮食作物,是工业原料和新能源作物,而我国是世界上最大的甘薯生产国。甘薯种植农艺以裸苗移栽为主,对移栽姿态要求较高,现阶段我国甘薯移栽机械化水平相对于主粮作物相对较低,生产中大多通过人工栽插完成移栽作业,人工生产成本高、劳动强度大,已成为阻碍我国甘薯高质高效发展的主要技术瓶颈。为此,对国外和国内在甘薯机械化移栽领域开展的技术研究和已有生产装备的作业原理进行了分析,对我国在甘薯机械化移栽相关技术研究和装备研发方面存在的问题进行了探讨,并就我国甘薯移栽技术装备的未来发展方向提出相关建议,旨在为我国甘薯移栽技术装备的研究和推广提供一定的参考,促进我国甘薯移栽机械化的发展。