摘要：为精准实时监测水稻穴直播机播种状态,提高监测稳定性,以弹射式耳勺型水稻穴直播排种器为研究载体,采用PVDF压电薄膜为传感元件,以ATmega328PMCU控制器为核心,基于压电冲击法设计了水稻穴直播监测系统。通过分析种群投种轨迹,设计了可辅助监测且导种成穴的导种管,确定了PVDF压电薄膜传感器的安装部位。结合排种器多粒穴播作业特点,确定了4种作业故障监测算法。设计了系统硬件电路,开发了蓝牙无线串口传输APP,实现了上、下位机无线通信。台架测试表明:在不同工况下系统灵敏度均在90.83%及以上,可实现对信号的有效采集。由田间试验得到系统的重播监测精度、漏播监测精度及有效监测精度的平均值的最小值分别为81.79%、80.42%和97.67%,且系统在机具发生重播或漏播时可进行声光报警。该监测系统满足水稻穴直播监测要求,有助于提高水稻穴直播作业质量。

摘要：针对联合收获机稻谷含水率实时检测过程中因样本含杂率高而导致精度和稳定性差的问题,搭建了兼具二次筛分除杂功能的稻谷实时采样台架,基于采样台架采用电容法设计了联合收获机稻谷含水率在线检测系统。设计了检测系统硬件电路,开发了上位机监控界面,实现了上位机和下位机之间的通信。分析了温度和含杂率变化对电容差值的影响规律,进行了采样台架性能试验,建立了电容差值、温度和稻谷含水率输出的关系模型,其二阶模型决定系数为0.986 6,并对模型进行了验证。结果表明:采样台架筛分后的稻谷含杂率均小于1.2%;室内试验时,检测系统最大误差为0.42%,平均误差为0.22%,检测装置平均相对误差不大于1.25%;田间试验时,检测装置相对误差小于3%,有效提高了在线检测精度。本研究可为稻谷含水率的在线获取提供参考。

摘要：为实现铺膜插秧种植方式的有机水稻全程绿色无污染化作业,解决地膜两侧单行内杂草难以根除的问题,根据农艺要求,设计了一种针对铺膜插秧后除草作业的3SCJ-1型单行水田除草机。阐述了基本结构组成和工作原理,分析了除草部件的运动学与动力学特征,建立了除草部件、机架与仿形浮漂整体的力学模型,推导出除草机的驱动扭矩。以机器前进速度和除草深度为试验影响因素,除草率作为评价指标,对除草性能进行单因素田间试验,并运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行分析,得到影响因素与评价指标之间的数学模型。试验结果表明:当机器前进速度从0.3 m/s增大至0.6 m/s时,除草率先增大后减小,并在前进速度为0.45 m/s时,除草率达到最大值(78.52%);当除草深度从50 mm增大至110 mm时,除草率持续增大,但考虑到除草机的功耗,最佳除草深度取为50~100 mm,在除草深度为100 mm时,除草率为79.26%。除草机平均除草率为78.02%,满足铺膜插秧种植方式水田除草的农艺要求。

摘要：针对传统机械式喷杆折叠展开过程复杂、同步协调操作性差、机械振动明显等问题,结合东北地区水田植保农艺特点,设计了一种单油缸多折叠机构喷杆。阐述分析了多折叠机构喷杆的结构及工作原理,依据解析法对其各部分杆长进行确定。通过正交试验设计和虚拟仿真技术进行多因素正交试验,探究了不同壁厚下各类型钢管对喷杆质量和第1阶固有频率的影响,应用Design-Expert 8. 0. 6软件对试验结果进行分析优化。优化结果表明,当圆钢管壁厚、矩形钢管壁厚和方钢管壁厚分别为2、2、2 mm时,质量最小,为62. 85 kg,此时动态特性较好,其第1阶固有频率为14. 84 Hz,避开了路面激励频率。运用ANSYS-workbench软件建立了喷杆的有限元模型并进行了数值模态分析,求解了喷杆的前4阶非零模态频率和振型,并通过模态试验验证了数值模型优化结果的准确性。田间试验表明,该机具作业性能稳定,药液喷施均匀,覆盖性较好,作业过程中喷杆无明显振动,各项指标满足水田植保农艺要求。

摘要：针对现有稻田株间除草漏除率大、除草率低和除草装置因无法确定秧苗位置而导致伤苗率高等问题,基于除草执行部件往复式开合运动思想,设计了一种用于去除稻田中耕期株间杂草的弧齿式自动避苗除草装置。根据中耕除草期稻株生长状态,通过理论分析设计了对置株间除草齿,并确定了除草弧齿的主要结构参数。利用光电传感器和电动直线推杆的协同作用,设计了自动避苗控制系统,当该装置执行避苗除草作业时,系统根据前进速度控制除草弧齿张开一定间距,以躲避秧苗。基于显式动力学仿真软件LS-DYNA进行了虚拟试验,以地表下0~40 mm内土壤扰动率为试验指标,当除草齿入土深度为32 mm时,土壤扰动率达到最大值,为90.02%。通过田间试验验证了该株间除草装置和自动避苗控制系统的作业性能,在前进速度为0.5~0.9 m/s时,该装置平均除草率为86.51%、平均伤苗率为0.20%,除草和避苗作业性能稳定,可满足稻田除草农艺要求和株间“避苗除草”作业要求。

摘要：为提高机械除草作业效率,减轻劳动强度,解决稻田除草机作业过程中除草率低、伤苗率高等问题,结合水田行间除草农艺要求,设计了一种基于遥控转向的稻田行间除草机。阐述了整体结构及工作原理,建立除草机的力学模型,通过分析获得了主动除草轮所需最大驱动力矩为49.42 N·m,根据阿克曼转向原理设计了梯形转向机构,通过分析确定了梯形转向机构的结构参数,对转向过程进行力学分析得到梯形转向机构所需最大驱动扭矩理论值为4.57 N·m,并对转向控制系统进行设计,实现远程控制除草机转向及接收反馈信息功能。进行了除草机转向性能试验,记录除草机实际转角与理论转角并进行对比,试验结果表明,理论转角与实际转角最大偏差为1.3°,控制系统精度较高,满足田间实际作业时的转向要求;进行了除草性能试验,田间试验结果表明,除草机除草率均不低于77.9%,伤苗率均不高于3%,满足水田除草农艺指标的要求。

摘要：针对东北地区稻田行间除草装置存在除草率低、易伤苗等问题,设计一种曲面轮齿斜置式稻田行间除草装置。通过对除草轮作业时轮齿入土压埋过程和出土脱附过程进行力学分析,建立了土壤颗粒在除草轮齿上的相应力学模型,研究了轮齿结构对作业性能的影响;通过理论分析确定了影响除草性能的除草轮主要结构参数和各参数的取值范围,并设计了单铰链结构仿形机构。基于显式动力学LS-DYNA仿真技术建立了除草轮与水-土壤流固耦合模型,通过正交旋转虚拟试验获得曲面轮齿除草轮的最优结构参数组合,并通过田间对比试验验证了该装置的作业性能。结果表明:曲面结构轮齿除草轮的杂草压埋效果和脱土效果均优于直面结构轮齿的除草轮,影响该装置作业性能的主要结构参数为除草轮曲率半径和偏心距;通过仿真试验得到最优参数组合为曲率半径65.86 mm、偏心距113.27 mm。田间试验表明,在轮齿曲率半径为66 mm、偏心距为113 mm最优参数组合下,该装置平均除草率和平均伤苗率分别为89.66%和2.1%,作业性能稳定,满足稻田机械除草作业农艺和技术要求。

摘要：针对水田株间除草作业劳动强度大、株间除草率低、易损伤秧苗等问题,提出一种水射流除草方法,以此设计了一种射流式株间除草装置。首先通过理论分析与参数计算确定了射流倾角为31°,喷嘴直径为0.004 mm,运用动量守恒定理、粘性流体力学和土力学原理进行分析,建立了喷嘴临界破土压力模型,得出喷嘴临界破土压力为0.53 MPa。进行水稻根系抗冲断极限水压试验,确定了喷嘴出口压力上限为1.5 MPa。进行台架试验,选取装置前进速度和喷嘴出口压力为试验因素,以除草率为试验指标,采用二次正交旋转组合设计,建立了试验指标与影响因素回归模型。运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据分析并进行验证试验,结果表明,当装置前进速度为0.3 m/s,压力为1.5 MPa时,除草率为90.62%。满足水田机械除草作业农艺和技术要求。

摘要：针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450 r/min、作业速度为3.5~6.7 km/h、刀辊离地距离为285~317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。

摘要：针对目前气吸式马铃薯播种机所需风机数量多、结构尺寸大、传动复杂等问题,优化设计了气吸式马铃薯播种机一体式风机。一体式风机的进气口、吹管出口分别与排种器的吸管接口、吹管接口相连,为排种作业提供取种负压、投种正压,实现一体式风机吹吸双作用。通过排种过程力学分析确定所需风压,并对风机内部流场进行数值模拟及运动学分析。采用旋转正交组合试验,以叶轮外径、叶片数、叶轮转速为试验因素,以进气口负压和吹管出口正压为试验指标,分析试验结果,优化风机装置的结构参数:叶轮外径为1099 mm、叶片数为10个、叶轮转速为2532 r/min时,进气口负压为11.6 kPa,吹管出口正压为3.7 kPa。对优化后一体式风机与双风机进行田间对比试验,分析结果得:优化后一体式风机作业重播指数降低了14.0%、漏播指数降低了17.0%、合格指数提高了0.92%,提高了马铃薯播种机作业质量。