果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同,果树根系分层吸肥能力不同,有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题,本文设计了排肥控制系统,可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度,实时计算液压马达的理论转速,并采用PID算法控制比例流量阀开度,调节马达转速驱动螺旋输送器排肥,实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真,整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min,达到稳定转速的时间最大为6s,控制性能较好,表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真,能够快速便捷地整定PID参数,结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%,变异系数最大8.69%,排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能,能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

刮板式有机肥条铺与旋耕混合施肥机设计与试验

针对果园有机肥人工施肥量不准确、施肥不均匀等问题,本文根据施肥农艺要求,设计了一种有机肥条铺与旋耕混合施肥机。该装置采用刮板式结构,通过圆环链带动刮板向前排肥,将有机肥呈条状铺撒在地表,通过旋耕装置将其与土壤混合。通过计算确定了施肥装置最大开口高度、肥箱容积等结构参数,分析了上、下层有机肥排肥过程。以排肥口开口高度、前进速度、链轮转速和刮板间距为试验因素进行离散元仿真试验,以有机肥相对误差和变异系数为评价指标,对排肥过程工作参数进行优化求解,得到最优参数组合：开口高度为53.17 mm、前进速度为2.8 km/h、链轮转速为15.96 r/min、刮板间距为160 mm。在最优工作条件下进行试验验证,得到有机肥平均排肥量为5.099 kg/m²,与理论施肥量相对误差为4.5%,变异系数为8.8%,表明仿真优化结果可靠,排肥量准确且排肥均匀性较好,该施肥装置施肥性能较优。在旋耕混合试验中,通过测定得到上层有机肥混合比例为11.83%,下层有机肥混合比例为6.29%,表明经过旋耕后,能够实现土肥混合效果,上层土肥混合比例高于下层。     

基于局部建模方法的卧式柔性清土辊性能优化

针对基于整体建模的卧式柔性清土辊性能优化方法存在仿真成本高的问题,该研究提出一种局部预测整体的建模方法,既降低仿真计算量,同时可以对柔性清土辊进行优化设计。首先,提取柔性清土辊的最小结构特征,并基于几何相似性原理构建整体性能预测模型。其次,基于离散元法（Discreteelementmethod,DEM）与多柔性体动力学（multi-flexible-bodydynamics,MFBD）耦合仿真技术优化求解最小特征结构的最优作业性能。最后,依据预测模型估算柔性清土辊的整体性能。柔性清土辊的清土率和阻力矩与其刷片数量的线性拟合决定系数分别为0.987和0.99。基于局部建模方法和EDEM-RecurDyn耦合技术建立最小特征结构与土壤互作模型,其接触计算量仅为整体建模方法的8%左右。前进速度、安装角、轴向长度和叶片锥角对最小特征结构和刷片的作业性能影响显著,仿真优化结果分别为0.3 m/s、30°、50 mm和0°。上述条件下最小特征结构的清土率和阻力矩为36.87%、18.91 N·m,单个刷片的清土率和阻力矩为2.80%和2.78 N·m,最小特征结构的物理试验结果与仿真结果的相对误...     

葡萄防寒布平整卷收速度控制系统设计与试验

针对中国新疆地区葡萄防寒布平整卷收难的问题,该研究分析了防寒布平整卷收原理,并设计了葡萄防寒布平整卷收速度控制系统。该系统可自动检测防寒布的卷收状态,在平整卷收状态时采用增量式PID算法输出PWM（Pulse Width Modulation）信号,基于机具前进速度和布辊半径实现防寒布卷收速度的实时调节;在偏斜卷收状态时通过调节卷布辊轴转速改变卷布辊轴实时转速相对于目标转速的超前或滞后关系,使防寒布恢复平整卷收状态。通过在Simulink中建立电机PID控制模型进行仿真。通过直流电机转速静态标定试验得到电机转速与PWM信号占空比的对应关系。防寒布自动调偏性能试验验证了本文方法的可行性,优化得到激光开关传感器与防寒布边缘的距离为20 mm。由直流电机转速调节性能试验对仿真试验结果进行校验,得到优化后的稳态响应时间约为0.4 s,响应延迟约为0.1 s。田间试验结果表明,防寒布卷收平整度均大于90%,平均为92.78%,满足防寒布卷收作业要求。研究结果可为葡萄防寒布回收机的设计与优化提供技术参考。     

基于双目视觉的葡萄园变量喷雾控制系统设计与试验

为提高果园喷雾装备的精准化并提高农药利用率,该研究基于3WF-400Z型风送式果园喷雾机,设计了一套葡萄园自动变量喷雾控制系统。系统选用双目相机实时探测葡萄叶幕深度并结合喷雾机前进速度计算冠层体积,通过脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）控制各电磁阀占空比实现药液的变量喷洒。提出冠层体积计算方法并在葡萄园中进行体积探测精度试验,相机探测结果与手动测量结果的线性拟合决定系数为0.933。通过试验标定确定流量调控模型,在静态条件下对控制系统的变量喷雾一致性进行测试,试验结果表明,冠层体积大于0.036 m3时单喷头实际流量与理论流量的线性拟合决定系数为0.990。田间变量喷雾试验结果表明,与常量喷雾相比,所设计的变量喷雾系统在保证药液覆盖率和沉积量基本不变的情况下,可以在一定程度上细化雾滴直径并增加雾滴密度,其中雾滴的数量中值直径（Number Median Diameter,NMD）和体积中值直径（Volume Median Diameter,VMD）分别减小了87.71和182.79 μm,雾滴密度增加了79.31 个/cm2,左、右两侧喷头的实际喷雾流量与理论预测流量的线性拟合决定系数分别为0.897和0.877,表明实际喷雾流量与理论预测流量具有较强的相关性。实际喷雾流量与冠层体积的总体变化趋势基本一致,变量喷雾模式下的用药量节省了约55.27%,表明所设计的变量喷雾控制系统可以根据冠层体积实现变量喷药。该研究可为果园病虫害防治提供新方法与新装备,为实现果园精准变量喷雾提供理论与方法参考。     

沟栽葡萄防寒布覆土卧式刷辊清除装置设计与试验

针对中国西北地区沟栽葡萄春季防寒布上方大量覆土影响防寒布回收的问题,该研究设计了一种水平卧式刷辊清土装置,用于清除防寒布上方埋土。首先,通过理论分析确定了清土总成结构和工作参数取值范围。进一步,基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立柔性清土总成-土壤作用模型,模拟清土作业过程。以清土率和清土总成的转动扭矩为试验指标,设计Plackett-Burman和Box-Behnken仿真试验,以清土率最大和扭矩最小为优化目标,获得最优参数组合为：机具前进速度0.3 m/s、转速550 r/min、安装角30°、叶片偏角0°,清土率和扭矩预测值分别为86.72%、73.36 N·m。最后,采用最优参数组合进行田间试验,结果表明,清土率和扭矩分别为84.12%和78.62 N·m,与仿真优化结果的相对误差分别为3.0%和7.2%。研究结果可为防寒布辅助埋土防寒模式下清土机械研究提供技术参考。     

果园有机肥深施机土肥混合分层回填装置研制

针对果园有机肥传统深施方式存在的肥料过于集中、利用率低等问题,该研究设计了一种土肥混合分层回填装置。该装置采用绞龙输送回填土肥,并在绞龙间螺旋布置桨叶用以提高土肥混合质量,再通过前、中、后3组混合回填部件将土肥混合物依次回填至施肥沟中,实现分层回填。首先,通过理论计算确定绞龙的结构参数。进一步以混合桨叶侧向角、俯仰角和转速为因素,以有机肥比例相对标准差和颗粒结构间法向接触力为评价指标,进行离散元仿真试验。仿真结果表明,桨叶侧向角、俯仰角和转速分别为90°、60°和200 r/min时,有机肥比例相对标准差为40.35%,颗粒结构间法向接触力为0.33 N,混合均匀度最高,且接触力较小。在最优桨叶参数的基础上,通过仿真试验得到,混合均匀度先随桨叶布置区域长度的增加而提高,当长度大于400 mm时趋于稳定。理论计算和台架试验结果表明：当前、中、后卸料口导流板倾斜角度分别为70°、65°、50°时,各层的土肥在施肥沟的整个宽度范围内可以均匀分布,提高分层质量。有机肥比例相对标准差与仿真试验结果的相对误差为0.11%,表明仿真优化结果可靠,该装置混合性能较好,可满足土肥混合作业要求。     

葡萄株间除草机精准避障控制系统优化设计与试验

现有篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机避障系统采用开关控制避障动作,由于避障行程固定,无法根据障碍物位置精确控制避障动作行程,导致除草效果不佳。针对上述问题,该研究在先前研究的基础上,依据仿形控制原理对避障控制系统进行优化,设计一种由避障信号采集部分、程序控制部分、液压执行部分、避障监测反馈部分等组成的精准避障控制系统。基于精准避障工作要求,确定避障动作闭环控制方案;优化液压回路结构,液压与电控结合实现精准避障控制;对精准避障控制程序进行静态标定和PID参数整定;利用Recurdyn对障碍物呈直线排列状态下除草机的精准避障作业进行模拟仿真,并通过分析除草刀盘运动轨迹选取较优除草刀盘转速;以机器作业速度为试验因素,除草作业覆盖率和果树损伤率为评价指标进行田间试验。试验结果表明,当机器作业速度为380 mm/s时,除草作业覆盖率与作业效率综合效果最佳,试验得到平均除草作业覆盖率为93.97%,较先前研究提高4.39%,果树损伤率为1.92%,除草机可良好实现避障除草作业。该研究可为果园株间除草机的进一步优化提供参考。     

气吹梳刷组合式葡萄藤防寒土清除机研制

针对中国北方葡萄春季清土作业中存在的刚性清土部件易损伤葡萄藤、作业效率低等问题,设计一种气吹梳刷组合式葡萄藤防寒土清除机,由机架、清土刷总成、高压风机总成和传动机构等组成.清土刷与高压气流联合清除贴近葡萄藤的土壤,有效减少葡萄藤的损伤.分析确定清土刷总成为双层结构,高压风机选用稳赫8-09型,出风口为圆柱形万向球铰结构...     

铲筛式农田石块捡拾收集机仿真与试验

针对农田表层土壤中含有较多石块容易造成水土肥流失,影响作物生长以及降低触土农业机械使用寿命的问题,设计一种铲筛式农田石块捡拾收集机,捡拾并收集土壤表层0～350mm深度范围内的石块,应用离散元法和田间试验对机具工作参数进行优化。采用EDEM软件对输送分离筛与石土混合物的相互作用过程进行数值模拟,设计Box-Behnken仿真试验研究输送分离筛的3个工作参数（线速度、振幅和振频）对石土筛分、输送过程的影响,并以收集箱内石土混合物的含土率为评价指标,对输送分离筛的工作参数进行优化;以仿真优化的工作参数进行田间试验,验证机具的作业性能,并将仿真优化结果与田间试验结果进行比较。结果表明：1）振幅、线速度和振频对含土率影响显著,含土率随线速度增大而增大,随振幅和振频增大而减小,线速度与振幅对含土率具有显著的交互影响作用,三者对含土率的影响依次减弱;最优参数组合为,线速度1.6m/s、振幅35.5mm、振频10.67Hz,该条件下仿真试验的含土率为7.17%;2）最优参数组合下田间试验的含土率为10.73%,与同条件下仿真试验结果差异较小,说明仿真优化的工作参数准确、可靠;田间试验的石块漏捡率为4...