摘要：针对现有蔬菜移栽机自动取投苗装置结构复杂、存在对根系损伤等问题,提出了一种基于滚珠丝杆及直线滑轨机构的往复夹茎式取投苗装置,分析了该装置的组成及工作原理,建立了取投苗过程的钵苗动力学模型,进行了钵苗茎秆的抗压力学特性试验,为机构设计提供参考依据。为保证装置具有良好的取投苗效果,通过对夹苗过程进行夹苗力学分析,确定了不同茎秆位置下的夹苗高度,同时对取苗和投苗过程进行动力学分析,确定苗夹间距与投苗位置,并得出不同取投苗速率下各机构电机的转速。以辣椒穴盘苗为试验对象,以取苗成功率、投苗成功率、基质破碎率和茎叶损伤率为试验指标进行了取投苗台架试验。试验结果表明:当取投苗频率为90株/min时,取投苗效果最佳,此时取苗成功率为96.8%,投苗成功率为96.8%,基质破碎率为4.0%,伤苗率为1.6%,装置可靠性较高。研究结果可为全自动化取投苗装置研究提供参考。

摘要：针对丘陵山地移栽机车身在移栽时容易发生倾斜导致移栽效果差的问题,设计一种由状态测量单元、单片机嵌入式系统、电动传动系统组成的移栽机车身自动调平控制系统。首先,综合考虑位置误差调平和角度误差调平优劣势,提出一种多传感器耦合调平策略。其次,采用模糊PID控制器对执行机构中的电动推杆进行控制,并利用卡尔曼滤波器滤除移栽机底盘所受到的发动机振动干扰。然后,通过MATLAB/Simulink对所设计的模糊PID控制器及卡尔曼滤波器进行仿真分析。仿真结果表明,在相同初始参数条件下,模糊PID控制相较于传统PID具有更好的控制性能,系统调节时间缩短62.86%,上升时间缩短47.64%,峰值时间缩短45.54%,最大超调量减少12.23%。卡尔曼滤波器能有效抑制干扰和抖动信号。最后,对车身自动调平控制系统进行静态试验和动态试验。试验结果表明,当车身倾斜角在-8°~8°范围内时,该自动调平系统的调节时间小于3.5 s,最大调平误差小于0.5°。当移栽机以3.6 km/h的速度行驶时,在起伏较大的路面下车身倾斜角控制在±3°以内,起伏较小的路面下车身倾斜角基本维持在0°,调平速度较快,效果较好,对提高移栽机的移栽效果具有重要意义。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：针对现有穴盘苗取投苗系统结构复杂、对根系损伤大的问题,综合夹茎式和整排取苗的特点,设计一种整排夹茎式取投苗系统。该系统通过移盘机构实现穴盘苗的进给,采用往复机构和夹苗机构实现取苗、投苗作业,使用柔性链输苗机构实现分苗和送苗作业。对取苗过程进行静力学分析,同时对投苗过程进行运动学分析,确定取投苗机构结构参数。以取苗成功率、投苗成功率和茎叶损伤率为试验指标进行取投苗试验。试验表明:在番茄钵苗苗龄为45 d、基质含水率为63.47%、取投苗频率为90株/min时,平均取苗成功率为96.1%,平均投苗成功率为94.3%,平均伤苗率为3.9%。研究结果可为全自动化取投苗装置研究提供参考。

摘要：针对荞麦种植地小且分散的特点,根据荞麦精少量播种的农艺要求,研制了四行荞麦精量播种机,并根据国标设计进行了排种性能离散元仿真优化验证、台架试验和田间试验.设计了外槽轮式荞麦精少量排种器、单组仿形开沟器、船铲式开沟铲、整体刮板式覆土器、整体仿形机架和传动系统.排种器台架试验表明,各凹槽中荞麦种子平均填充数量为6.6颗,不同转速下排种器每旋转一周平均排出荞麦种子133颗.整机台架试验表明,排种器排量随槽轮工作长度增大而线性增加,不同工作长度下各行排种量一致性变异系数均小于3.9%,总排量稳定性变异系数小于1.3%.田间试验表明,覆土率为96.4%,平均覆土厚度为2.3 cm,覆土厚度合格率为84%,平均播深为7.1 cm,播深合格率为100%,最大播种量为9.15 g/m2,播种均匀性变异系数为9%.以上性能指标均满足国家标准要求.该研究可为荞麦精量播种机具的研发提供参考.

摘要：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。

摘要：针对鲜烟叶装炕劳动强度大,用工成本高,安全隐患突出等问题,设计了一种烤房装烟机双旋转式烟叶装卸装置,主要由载烟机构、双旋转机构、倾斜机构及PLC控制系统构成。提出了一种由锥齿轮组构成的主、副旋转机构,解决烟叶装卸中脱落、刮伤、干涉等问题。利用投影法和遗传算法对机构进行设计,确定了该机构结构参数。为保证装置具有良好的装卸效果,对载烟机构、倾斜机构进行空间力系和运动学分析,确定了其结构参数。以烟夹倾斜角、空心轴转速和载烟杆长度为试验因素,以烟叶装卸成功率为评价指标,进行正交试验。试验结果表明,当烟夹倾斜角为23°、空心轴转速为12 r/min、载烟杆长度为650 mm时,烟夹装卸效果最优,此时烟叶脱落率为1.5%,烟夹偏移率为1.4%,烟叶损伤率为2.1%,烟叶装卸成功率为95%,装置可靠性高。

摘要：丘陵山区烟田普遍使用微耕机进行耕地作业,长期浅耕作业使烟田土壤耕层变浅、土壤板结、犁底层变厚,严重影响烟叶生产质量。针对垄作模式下丘陵山区烟田的特点,设计了一种重心平衡履带式山地烟田深耕机,主要由行走装置、动力系统、旋耕装置及重心平衡机构等组成,设计了关键结构,对旋耕装置旋耕过程进行了运动学分析,确定了整机行走速度和旋耕刀转速。采用“回”字型耕地法,设计一种垄上作业重心平衡机构,运用离散元的方法对深耕机垄上作业进行了分析。垄作烟田耕地试验结果表明,深耕机作业性能较好,耕后土地较平整,整机平均耕深合格率95.4%、平均碎土率91.9%,满足烟草种植的整地要求,验证了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区烟田深耕机的研究提供参考。

摘要：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。