摘要：针对目前市场上缺少适宜冻土环境作业挖坑机械的问题,以适用于北方寒地的螺旋式挖坑机为研究对象,通过测量哈尔滨的冻土参数并与硬质土壤进行对比,获得工作对象土壤参数。结合移栽白桦树苗所需穴坑尺寸,对挖坑机工作部件进行参数设计。根据运动学分析确定了升运土壤的临界转速,对挖坑机的工作参数进行分析,并得到了装置所需的功率。为便于开展试验验证,运用相似理论对试验装置和作业穴坑进行了等比例缩放,试验用钻头长度为400 mm,叶片长度为200 mm,钻尖半径为100 mm,转速大于155 r/min,动力源额定功率为4 kW。试验结果表明:当刀片组合方式为平刀-锯齿刀时,可以获得最短的挖坑时间。研究结果可为北方寒地秋冬季节冻土条件下,树苗移栽时螺旋式挖坑机的设计提供参考。

摘要：人参是具有重要药用价值的特种经济作物和中药材之一,一般播种2~3年需要移栽,而目前人参移栽作业多为人工方式,劳动强度大、作业效率低且存在标准不统一等问题。为此,对一键式人参移栽机进行了设计和试验。机具主要由动力机构、行走机构、间歇机构、挖掘覆土机构等组成,可实现一键启动后在不停车的情况下自动完成挖槽(摆参槽)、覆土、行走等关键作业环节。对整机的基本结构参数和工作参数进行了设计计算,对关键部件进行了结构设计,利用机械三维设计仿真软件SolidWorks对其进行虚拟样机构建,并进行了田间试验。结果表明:移栽机挖槽深度约为18 cm,槽面与眭基约呈45°角,槽距约为25 cm,符合人参移栽农艺标准;作业速度约为90 m/h,具有作业速度高、标准化程度高且作业面平整等特点。研究结果对人参和其它中药材种植的机械化作业具有较好的参考与应用价值。

摘要：辊式镇压器作为大豆机械化播种的关键设备,其作业效果直接影响种子的发芽和出苗。作为与土壤直接接触的作业部件,镇压器对土壤表层的压力直接影响镇压器的黏附效应,而种子周围土壤的紧实度则直接影响种子的发芽和出苗。因此,在镇压器设计与优化中,需综合考虑不同位置土壤紧实度的关系,以实现最佳的压实效果。为明晰辊式镇压器作业过程中土壤压实效果随深度的响应规律,以壤土为研究对象,通过构建土壤压缩的空间状态模型,并结合Simulink计算结果,得到土壤紧实度随深度的变化规律为含参数的指数型递减模型。采用离散元仿真法对模型参数进行拟合,并应用二因素五水平二次回归正交中心组合试验方法,以镇压器作业速度和单位宽度镇压力为试验因素,模型拟合参数和相关指数为影响指标,探究各参数组合对拟合方程的影响规律,并通过试验对传递模型进行验证。结果显示:当参数组合为作业速度2.0 m·s^(-1)、单位宽度镇压力33.4 N·cm^(-1)时,土壤紧实度随深度变化的传递模型为ln P=1.298×0.807^(h)+3.249,模型相关指数为0.897,实际仿真模型拟合参数η和τ的相对误差分别为8.629%和6.568%,验证了研究结果的准确性。研究探明了辊式镇压器土壤压实效果随深度的递减规律,为辊式镇压器的设计及工作参数优化提供了理论支撑,有助于提升大豆镇压作业效率、促进大豆高产稳产。

摘要：针对免耕播种机镇压轮在地表有残茬时,作业阻力大、作业后种沟土壤平整度差的问题,设计了一种勒洛三角形刚性镇压轮。以镇压轮的定宽高度和宽度为试验因素,以工作阻力、土壤平整度、土壤下陷量为指标,采用中心复合表面试验设计(Central Composite Face-centered design, CCF)进行离散元仿真优化试验。对试验数据进行分析并得出回归模型,获得镇压轮最优结构参数。仿真结果表明:镇压轮定宽高度为274.75 mm、宽度为78.49 mm时,作业性能最优;此时,工作阻力为32.73 N、种沟土壤平整度为2.64 mm、土壤下陷量为14.25 mm。与传统镇压轮进行田间对比试验,结果表明:勒洛三角形镇压轮作业后,土壤密度为1.16 g/cm^(3),满足农作物生长所需条件;勒洛三角形镇压轮作业阻力比传统镇压轮减少9.1%、地表平整度提高15.3%。该研究为免耕播种机镇压轮的设计提供新的思路和借鉴。

摘要：现代装备企业及其产品的竞争力在很大程度上取决于能否以最快的速度向市场提供满足需求的产品,即是否有先进的设计方法支持科学、高效的研发过程。针对中国农业装备研发整体水平低,以及由于种类繁多和地域差异显著所导致的专业知识、结构形式、实践经验等庞杂,个体设计人员难以全面掌握,无法保证研发质量,严重制约产业发展及自主创新能力的问题,阐述并全面梳理了设计方法的发展历程,从而探讨适合农业装备的先进设计方法与发展方向,以支撑《中国制造2025》等国家重大发展规划对农业装备设定的战略目标的实现。研究表明,结合当前科技水平与社会背景,充分利用3D-CAD虚拟现实的优势与计算机技术的发展成果,基于数字技术的智能化设计是必然趋势,代表了先进设计的发展方向与最高水平。智能化设计以知识重用为特征,以数字模型资源化为基础,以产品数据管理(PDM)平台和产品生命周期管理(PLM)平台为载体,以广义的计算机辅助设计概念组织并贯通与设计相关的上下游方案论证、数字样机(DMU)、工程分析(CAE)、工艺流程(CAPP)等研发环节,实现各类计算机辅助技术CAX的高度集成,是人工智能(AI)在设计领域的实践运用。明确了当前先进设计的发展思路,为装备智能化设计系统的建立提供了基础理论与体系架构,对充分整合行业资源、共享成果与专业知识、提高研发效率和水平、提升中国农业装备企业及其产品的核心竞争力具有理论价值与实践指导意义。

摘要：为缩短机械式大豆排种器设计周期,降低设计成本,研究了机械式大豆排种器设计重用技术。运用物元模型表示排种器设计知识,构建排种器实例物元数据库,并与排种器参数化模型库共同组成排种器实例库;将排种器实例属性划分为基本参数、匹配参数和评价参数,通过基本参数的匹配缩小检索范围,利用改进的最近邻算法计算匹配参数和评价参数的相似度,实现相似实例的快速检索;利用规则关联的方法建立设计需求与排种器参数化模型主驱动参数间变换关系,通过对模型主驱动参数的调整实现实例的修改;采用Visual Basic语言、结合计算机辅助三维交互应用(Computer aided three-dimensional interactive application,CATIA)软件实现机械式大豆排种器交互式设计重用,运用工程离散元方法(Engineering discrete element method,EDEM)对重用排种器进行虚拟仿真,根据仿真分析结果提出改进意见,并对改进后的排种器进行仿真验证与台架试验。结果表明,改进后的排种器作业性能得到了提高,验证了该设计重用技术的可行性和有效性,可为农机装备的智能化设计研究提供技术借鉴。

摘要：为了实现草莓钵苗机械化移栽,根据草莓种植农艺要求,提出了一种Hermite插值非圆齿轮行星轮系全自动草莓钵苗移栽机构,用一套回转机构依次完成取苗、输送、挖穴与栽植4个移栽工序,满足了草莓钵苗移栽所需的轨迹与姿态要求,保证了所取秧苗和所挖穴口的精准配合。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型,并结合设定的优化目标,基于Visual Basic 6.0设计了计算机辅助分析优化设计软件,通过优化得到了一组满足移栽要求的机构参数。根据优化的参数对机构进行了二维设计、三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。在所搭建的草莓钵苗移栽试验台架上,利用高速摄像技术对物理样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和台架试验轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。并进行了机构的性能试验,结果表明取苗成功率为92%,栽植成功率为85%,平均栽植株距为172.9 mm,所挖穴口深度、长度和宽度效果良好,满足草莓钵苗移栽要求。

摘要：为了实现将水稻钵苗移栽和膜上栽植农艺技术相结合,设计了相应的步行式水稻钵苗膜上开孔移栽机构,用一套回转机构一次性依次完成取苗、输送、膜上开孔和配合栽植。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型并设定数字化优化目标,基于Visual Basic 6.0开发了机构的计算机辅助分析优化设计软件,通过优化获得一组满足移栽要求的机构参数。对机构进行了结构设计、三维建模和装配,并通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。利用高速摄像技术在所搭建的试验台架上对样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和物理样机轨迹基本一致,验证了机构设计的合理性与正确性。在试验台架上完成了取苗试验、膜上开孔试验以及栽植试验,结果表明取苗成功率为90.4%,秸秆纤维地膜和塑料地膜栽植成功率分别为87.5%和82.5%,所开膜孔的长度与宽度效果良好,满足步行式水稻钵苗膜上开孔移栽的要求。

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：为了简化机械式玉米排种器结构,提高作业质量,设计了一种夹持式玉米精密排种器,通过压种环在各工作区域的不同结构配合夹种块控制种子的位置及运动状态,实现排种作业。结合玉米种子几何尺寸,对充种过程进行理论分析,获得种子填充力的变化规律,阐述了清种、投种工作原理,设计了夹种块、压种环等关键部件。为检验排种器的排种性能,选用天农九(大粒)、红旗688(中粒)、黄金糯(小粒)3种不同几何尺寸的玉米种子为试验对象,以播种机工作速度为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,进行单因素试验。试验表明,天农九排种效果较佳,在工作速度为11km/h时,其合格指数为90.1%,重播指数为9.1%,漏播指数为0.8%,满足排种作业要求。