摘要：针对三七收获作业时挖掘铲存在挖掘阻力大和能耗高等问题,以穿山甲前足爪趾为仿生原型,设计了一款高效减阻仿生挖掘铲。以三七根茎及种植土壤为研究对象,计算得本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎离散元模型,分析根土黏结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;通过三维扫描获取穿山甲爪趾点云模型,并运用Solidworks建立仿生挖掘铲三维模型,根据爪趾三维模型设计仿生挖掘铲外形结构;对挖掘铲铲尖与铲柄进行力学分析,确定影响作业质量的设计参数;基于EDEM离散元法建立部件-土壤-作物多元仿真模型,以土壤颗粒速度矢量、土壤扰动率及挖掘阻力为评价指标进行仿真试验,得到不同指标的影响规律;通过台架试验验证仿生挖掘铲作业性能,获取仿生挖掘铲和平面挖掘铲平均挖掘阻力分别为1171.69、1442.36 N,平均减阻率为18.81%,台架与仿真试验结果基本一致。试验结果表明仿生挖掘铲具有良好减阻降耗特性,仿生结构设计合理,能满足酸性红土条件下三七收获挖掘作业。

摘要：针对丘陵山区三七收获时费工费时、无机械化等现状,设计了一种以柴油机为动力的自走式三七收获机。该机主要由挖掘铲、刮土机构、升运器、拍土机构、收集箱等组成,利用解析作图法对挖掘铲进行分析,确定了三七和土壤混合物顺利通过挖掘铲的铲刃夹角为96°;对升运器运动学分析得出升运器的倾角为25°时三七与土混合物的破碎率最高;以升运速度、振动分离筛振动频率、碎土轴的转速为试验因素,以伤根率、收净率为评价指标进行二次旋转正交组合试验。试验结果表明:试验因素对评价指标影响由大到小依次为振动分离筛振动频率、升运速度、碎土轴转速,当升运速度为0.78 m/s,振动分离筛振动频率为10 Hz,碎土轴转速为2.5 r/s时,伤根率、收净率分别为1.6%、96.32%。以影响因素的最优参数组合进行验证:试验得伤根率、收净率分别为1.6%、96.8%,与计算结果一致,且符合农艺要求的收获指标。该研究为产品级的三七药材收获机的设计提供了技术参考。

摘要：针对成品卷烟外表面缺陷种类多、分类细、人工质检无法对卷烟外观的细粒度缺陷进行系统性检测的问题,设计一种成品卷烟外观检测设备,自动完成成品卷烟的外观全矢量成像和缺陷检测。利用黑箱法对检测设备的技术系统进行分析,并设计了成品卷烟检测设备,该设备主要包括储供装置、单元离散装置、外观成像装置、分拣装置和缺陷检测模型;对影响卷烟运行稳定性、卷烟无损率、成像质量的关键因素进行试验,在单元离散装置上对卷烟运行稳定性因素进行正交试验,结果表明,当滑板提升速度为0.3 m/s、过渡板倾斜角为40°、辊子速度为0.045 m/s时,烟支输送无斜率可达100%,无偏移率可达99.5%,在分拣装置上对造成卷烟损伤的关键因素进行正交试验,结果表明,当气缸伸缩速度为20 mm/s、弹簧刚度为3 N/mm时,烟支损伤率为0,对影响成像质量的关键光照因素进行试验,结果表明,光源照射角为10°、光源与烟支高差为30 mm时,图像直方图的像素点与其亮度分布包络线平缓,图像清晰;最后,在设备上完成φ5.4 mm×100规格烟支的检测试验,利用改进HourglassNet-YOLO v4网络模型对成像进行缺陷检测,结果表明,烟支缺陷检出准确率达到98%,缺陷分类准确率达到95.4%。试验结果表明,该设备运行稳定,能够满足成品卷烟外观检测需求。

摘要：针对自走式三七联合收获机在田间作业安全性不足与行驶稳定性较弱等问题,开展了黏重土壤条件下底盘的行驶通过性能研究。首先,对联合收获机的直行转向、纵横向爬坡和越障等行驶工况进行理论分析,获得了影响行驶通过性能的各因素参数,其次,通过ADAMS ATV开展多体动力学仿真分析,绘制了行驶工况下欧拉角与对应的角速度曲线,最后,运用相似理论的量纲分析法设计了1∶4的联合收获机底盘微缩平台模型,对纵向爬坡、跨越壕沟和翻越田埂3种典型行驶工况开展行驶通过性能模型试验。仿真结果表明,联合收获机底盘具有平稳的直行与转向性能,能够顺利通过30°纵坡、20°横坡、600 mm壕沟及300 mm田埂;模型试验结果表明,模型能够顺利通过30°纵坡、150 mm壕沟和75 mm田埂,以上3种工况下的俯仰角与对应的角速度曲线趋势与仿真一致,且二者所得俯仰角曲线的幅值变化相同,试验误差主要受实际地形平整度与土壤均匀度的影响,因此表明模型试验能够验证仿真分析结果的正确性,通过模型对原型的预测及仿真结果,满足了联合收获机行驶通过性能的设计要求,该研究可为丘陵山区根茎类联合收获机底盘的设计提供理论基础与参考。

摘要：针对丘陵山区马铃薯联合收获机短缺、履带底盘通过性较差等问题,设计了一款包括底盘行走装置、多级输送分离装置的自走式马铃薯收获机,开展了底盘通过性和机器收获性能理论分析。首先,对收获机底盘坡地行驶、越障性能进行理论分析,获得底盘通过性的临界参数;其次,对收获过程中马铃薯运动学进行分析,得到关键工作部件的相关参数。与此同时,运用RecurDyn仿真软件对整机进行多体动力学仿真分析,获得自走式马铃薯联合收获机适用于丘陵山区横向与纵向坡地及跨越壕沟与直壁的相关运动参数。仿真结果表明:纵向坡地行驶的最大爬坡角度为28°、横向坡地行驶的最大坡度角为20°、整机跨越垂直障碍的最大高度为150 mm、最大跨越壕沟宽度为300 mm。田间试验结果表明:收获作业时伤薯率为1.92%、破皮率为2.86%。收获机满足纵向坡度25°稳定行驶要求,跨越300 mm壕沟,翻越150 mm直壁,与仿真结果保持一致,验证了仿真的准确性,满足履带马铃薯收获机行驶通过性的设计要求。该研究可为丘陵山区根茎类履带式收获机的设计提供理论基础与参考。

摘要：针对植保无人机受大气环境影响导致的旋翼气动性能降低、无人机荷载量下降等问题,该研究设计了一种旋翼转速可调且具备实时监控发动机转速、旋翼升力及输出扭矩的植保无人机旋翼试验台,主要包括DLE430型双缸直列两冲程航空发动机、翼型NACA 8-H-12的半径1.51 m旋翼2片、动力输出装置、控制系统和数据采集系统。运用数值模拟、CFD(computational fluid dynamics)方法与台架试验,在海拔0、1、2、3、4 km高度下,分别以800、1000、1200 r/min的转速测试旋翼气动性能,通过二次旋转正交组合试验探究桨叶角和旋翼转速对旋翼升力、输出扭矩和功率的影响。结果表明,随着海拔高度的增加,旋翼的升力和功率明显降低,海拔4 km时,旋翼转速1116 r/min、桨叶角10.44°的升力最大值为356.28 N,扭矩为227.35 N·m,功率为26.54 kW,旋翼试验台效率为85.92%。与海拔134 m相比,海拔1.941 km下的旋翼升力下降22.38%,与数值模拟结果下降的20.22%相吻合,旋翼驱动扭矩下降约24.21%,发动机功率下降约3.99%,试验结果与数值模拟结果的变化趋势一致,误差在合理范围内,该研究所采用的数值模拟方法有效。研究结果可为研制高海拔地区大载荷植保无人机提供参考。

摘要：针对丘陵山区单边制动农用履带车辆路径跟踪精度低、控制次数多、转向偏差大等问题,本文开展不同负载条件下履带车辆路径跟踪控制研究。首先,对履带车辆的转向运动学进行理论分析,并建立履带车辆运动学模型;其次,根据履带车辆单边制动转向特性,提出一种基于瞬时旋转中心(Instantaneous center of rotation, ICR)的大角度转向控制算法,该算法能够根据规划路径的转向点位置与履带车辆转向瞬心,规划出最优的转向目标点,并控制履带车辆在该转向目标点一次性转向到所需航向,与此同时,完成转向控制器设计;最后,开展履带车辆在3种不同负载条件下的仿真试验与田间试验。仿真结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均误差面积与平均转向控制次数分别降低68.95%、68.77%;田间试验结果表明,大角度转向控制算法产生的跟踪路径平均横向偏差均值、平均转向控制次数与转向点处平均最小偏差分别减少57.27%、33.93%、62.29%,且路径跟踪效果更优,验证了大角度转向控制算法的有效性。试验结果满足履带车辆路径跟踪的要求,为实现农用履带车辆的路径跟踪提供理论基础与参考。

摘要：为解决三七机械化收获易产生的挖掘铲前壅土问题,在不降低收获率的前提下设计了一种由三角平面铲和土壤破碎铲组成的新型组合式挖掘铲,并对该挖掘铲进行了研究.利用Design-Expert 8.0.6软件进行了回归分析与响应曲面分析,确定了该挖掘铲的结构和最优工作参数:铲面倾角20°,入土隙角12°,作业速度0.75 m·s-1.田间试验表明收获率达到98.38%,验证了回归模型的正确性,满足作业要求.通过对组合式挖掘铲与普通挖掘铲的挖掘收获效果进行对比试验,结果表明组合式挖掘铲在收获率与铲前壅土方面有着更好的性能,更加适合三七收获.

摘要：为实现包装盒纸质基底层和透明膜层缺陷的同步检测,开展了对纸和膜缺陷的同步成像研究。首先,分别建立了标准球面积分光场、椭球面积分光场和弧面积分光场模型,并利用COMSOL Multiphysics 5.6对3类光场进行射线仿真,对比分析了球面积分光场下射线角度均匀性及辐照均匀性,通过正交仿真优化椭球面积分光场参数;其次,在椭球面积分光场环境、亮场前打光环境、暗场前打光环境下对包装盒成像。与此同时,对包装盒的油污、抵触、开口、泡皱、破损5项常见缺陷依次进行物理检测和机器视觉检测,验证缺陷成像的有效性。试验结果表明,在椭球面积分光场下成像,图像对纸质基底层缺陷特征、透明膜层缺陷特征均有较好的呈现效果,图像上油污、抵触、开口、泡皱、破损的物理检出率分别为96.2%、92.5%、100%、95%、92%,异常检出率分别为98.6%、97.5%、100%、100%、98.4%,缺陷类别检出率分别为97.6%、96%、100%、97%、96%。研究结果表明,椭球面积分光场光路角度和辐照强度均匀,覆透明膜包装盒的缺陷特征呈现清晰,满足工业生产的检测要求。

摘要：【目的】设计一种振动式三七根土分离装置,以实现三七根土复合体的根土分离。【方法】将三七根土分离装置简化为曲柄双摇杆机构,并对振动筛上的物料进行运动学分析,确定物料运动的影响因素,验证其运动参数设计的合理性;利用ADAMS对该装置进行运动学仿真,选取振动筛前后端点及质心作为研究对象,得到各点的合位移、合速度曲线并分析各曲线的变化规律,验证结构设计的合理性;以人工采挖的三七根土复合体作为试验材料,采用三因素三水平正交组合试验设计,分析各因素对根土分离率及三七损伤率的影响。【结果】在试验参数范围内,通过Design-Expert软件得到了最佳的工作组合为:曲柄转速295r/min、筛面倾角8°、筛面长度620mm。验证试验表明,最佳组合条件下根土分离率为95.7%,三七损伤率为1.9%。【结论】所设计的三七根土分离装置满足设计要求,为后续三七收获机的设计提供了依据。