摘要：针对水稻工厂化育秧播种完成的秧盘人工取盘和层叠堆放劳动强度大、效率低、后续运输不便等问题,该研究设计了一种水稻秧盘自动码垛机,可完成秧盘精确夹取、转移和码垛;阐述了码垛机的基本结构和工作原理,对关键部件进行设计,以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)作为控制核心,搭建了秧盘码垛层检测和码垛控制系统;采用Box-Behnken试验设计方法,对码垛机作业性能的主要影响因素(生产率、码垛层检测机构的检测时间和放盘高度)与码垛性能指标(码垛合格率和种子外露率)的关系进行研究,分析各影响因素及其交互作用对码垛性能指标的影响,并根据育秧播种生产线实际生产需求,设定生产率为400、500和600盘/h,采用多目标优化方法进行参数优化,得出主要影响因素间的最优参数组合为码垛层检测机构检测时间1.15 s和放盘高度1.10 cm,在最优参数组合下,进行秧盘码垛试验,得出码垛合格率分别为99.33%、99.50%和99.20%,种子外露率分别为0.40%、0.53%和0.70%。试验结果满足水稻工厂化育秧秧盘码垛作业要求,对提高水稻工厂化育秧的自动化水平具有实际应用价值。

摘要：集约型畜禽舍末端废气净化广泛采用酸洗喷淋的化学方法去除氨气和固体颗粒物。填料作为酸洗液与废气的反应场所,是影响废气净化效果的关键因素。针对畜禽养殖舍通风管理对废气净化系统净化效率及其产生的压降需求差异,该研究基于点阵结构优化方法,通过优化单胞构型研制了孔隙率可调的填料结构,并结合数值仿真和试验,分析了填料结构的孔隙率、压降和比表面积的变化规律及其对氨气和固体颗粒物(PM_(2.5)和PM_(10))净化效果的影响。研究结果表明:当填料结构孔隙率从98.7%降低至91.1%时,压降从2.7 Pa增至35.2 Pa,氨气净化效率从77.4%升高至92.6%,PM_(2.5)和PM_(10)的净化效率分别从69.2%和87.2%升高至90.1%和97.7%。相较于现有净化系统广泛应用的填料(孔隙率90%,压降30 Pa,氨气净化效率85%,悬浮颗粒物净化效率40%~45%),该研究设计的填料结构孔隙率可根据养殖舍通风系统的压降负荷要求在91.1%~98.7%区间内进行调节,且能够满足除氨效率83%~90%、颗粒物净化效率不低于50%的畜禽舍废气净化效率需求,为实现填料孔隙率自动调控提供了理论基础和设计参考。

摘要：针对目前采用普通履带式收割机收获头季再生稻碾压率高、尚无成熟再生稻头季收割机产品的问题,结合再生稻种植模式和收获要求,设计了一种三角履带式再生稻收割机底盘。对三角履带式再生稻收割机底盘的整机结构和工作原理进行了阐述,设计了液压行走系统;对底盘性能进行了理论分析。进行了田间试验,结果表明:三角履带式再生稻收割机底盘田间道路行驶速度范围为0~4.5 km/h,水田作业速度范围为0~2.8 km/h,水田行驶最小转弯半径为1780 mm,最大爬坡角度为32°,最大越埂高度为215 mm,能够满足再生稻头季收获田间行走要求;田间实际碾压率为31.7%,相比于普通履带式收割机降低了21.5%。

摘要：针对预切种播种器对成堆木薯种茎进行精密播种时待充木薯种茎乱序、充种可靠性低等难题,在播种器供种环节设计一种阶梯式振动散种机构。建立了木薯种茎在阶梯式振动散种机构上运动过程的数学模型,对木薯种茎相对散种板的下滑运动和其在阶梯式调姿板上的抛掷运动进行理论分析,确定显著影响机构性能的因素分别是作业宽度、振动频率、台阶倾角以及限位挡角。基于离散元法(Discrete Element Method,EDEM)建立了木薯种茎-振动散种机构的仿真模型,单因素仿真试验明确了各因素对横向调姿成功率和散种输送成功率的影响规律。研制了阶梯式振动散种机构试验台,进行四因素五水平正交中心组合试验研究,并基于最优的因素参数组合对4个不同品种的木薯进行适应性测试,确定最佳参数组合。结果表明当阶梯式振动散种机构的供种箱作业宽度为643.41 mm、振动频率为55.58 Hz、限位挡角为145.06°、台阶倾角为80.13°时,横向调姿成功率为85.7%,散种输送成功率为88.2%;当在最优因素参数组合下进行试验,横向调姿成功率为85.6%,散种输送成功率为88.6%。研究为预切种式木薯精密播种器相关装备的研制提供指导参考。

摘要：为探明不同改流体对稻种颗粒在料仓卸料流动的影响机理,实现种群流动从中心流到整体流转变,改善种群流动环境,该研究利用离散元法(discrete element method,DEM)建立传统料仓、垂直扰动和水平扰动料仓模型与稻种颗粒仿真模型,进行卸料数值模拟,并与料仓实际卸料试验作流型对比,验证离散元模型与数值模拟结果准确性。整体流指数(mass flow index,MFI)与z轴颗粒速度表明传统和垂直扰动料仓中部区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而减小,边壁区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而增大;而水平扰动料仓边壁区域颗粒速度随料仓颗粒堆积高度增加而减小,中部区域颗粒速度随颗粒堆积高度增加而增大;传统料仓,垂直和水平扰动料仓的流型转化高度分别为130、118以及130 mm。料仓不同区域种群垂直速度、水平速度和角速度表明,种群垂直速度在垂直与水平改流体作用下,相较传统料仓流动区域分别降低34.82%和83.46%;随料仓颗粒堆积高度降低,种群水平速度波动增大,传统料仓、垂直及水平扰动料仓颗粒水平速度标准差分别为0.027 3、0.018 7以及0.010 3 m/s。传统和垂直扰动料仓中心和边壁区域颗粒角速度变化相似,垂直扰动料仓中心区域角速度峰值小于传统料仓;水平扰动与传统料仓流动区域颗粒角速度变化相似,但水平扰动料仓颗粒角速度变化小。研究结果可为工程提出改流体设计标准、结构与位置参数及提高料仓使用面积提供参考。

摘要：在应用理论力学指导现代农业机械设计的教学和科研中,恢复系数是仿真设计作物播种、收获、输送等环节相关工作部件和性能分析的属性参数之一。针对现有实验设备获取非结构化农业散粒物料间碰撞恢复系数受限的问题,基于滑动碰撞原理、镜面反射原理和运动形式转换思路,开发了三维碰撞恢复系数测定实验平台。以鲜苹果为测试对象,开展果实间不同碰撞角度下恢复系数的测定实验,结果表明该平台测定精度高、处理简单、适应性广,完善了现代农业机械设计领域力学的实验教学和科研手段,丰富了实践教学环节,促进了科研创新,为科研辅助教学提供了良好的平台。

摘要：以杂交水稻秧苗位置检测为目标,结合农田生长环境,要求学生设计一款基于红外检测的探测装置。该装置采用抗干扰对射型红外传感器,并创新性地增加了人造纤维丝毛刷结构,通过接触式感应原理增强了探测效果,提升了对细小农作物的探测能力。该课程实验包括硬件设计和软件算法设计,并通过实验测试验证了探测装置的有效性。

摘要：为促进水稻再生季穗头萌发,头季稻机械收获时需保证300~450 mm的留茬高度,但水田泥脚深浅不一,收获时割台高度上下浮动,留茬高度难以保证,严重影响再生季产量。为此,该研究设计了一种自适应仿形割台,可实现割台高度及水平自适应调整。首先,对自适应仿形割台结构进行设计。然后,在Matlab/Simulink中搭建控制系统仿真模型,设计模糊规则,采用模糊PID控制方法对自适应仿形割台进行性能仿真,以超调量、响应时间和稳定性为指标,验证控制方法的可行性;以阶跃信号作为激励,对比分析了传统PID和模糊PID的控制效果,结果表明,模糊PID控制比传统PID的上升时间和到达稳态所需时间分别减少78.9%和81.6%,超调量由46 mm下降到8.2 mm。最后,搭建割台试验平台进行性能试验。结果表明,采用模糊PID控制时割台提升过程的平均响应速度约为0.216 m/s,下降过程的平均响应速度约为0.244 m/s,割台高程调节的平均误差6.75mm,水平调节的平均误差为0.64°,割台调整迅速,定位准确度高,可满足再生稻头季收获使用需求。

摘要：针对现有切段式甘蔗联合收割机输送通道易堵塞、含杂率与损失率高等问题,该研究设计了一种切段刀辊中置式两级通道甘蔗联合收割机。该机采用短路径整秆输送通道和刮板筛网式蔗段输送通道,采用中置+后置风机组成的双风机除杂系统,实现甘蔗根切、喂入、输送、切段、风选除杂和卸料等联合作业。通过计算确定了整秆输送通道安装角度与宽度、喂入与输送辊筒直径、切段刀辊外圆直径、蔗段输送通道刮板高度、风机位置等关键结构参数,以及喂入与输送辊筒转速、切段刀辊转速、除杂风机转速等关键作业参数,并研制了4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机样机。样机田间试验结果表明:在作业速度2 km/h、风机转速1 100 r/min时,含杂率为4.42%、总损失率为3.08%、蔗段合格率为92.10%、切割高度合格率为96.20%、宿根破头率为9.60%,整机作业性能指标满足切段式甘蔗联合收割机技术标准要求。

摘要：针对当前预切种式木薯播种器存在充种效果差、合格指数低的问题,该研究设计了一种由落种滑板、主动辊筒、型孔摩擦带、支撑辊组、从动辊筒及储种箱等组成的预切种式木薯型孔摩擦带式精密排种机构。阐述了排种机构的基本结构和工作原理。对关键部件参数进行设计,通过理论分析确定影响排种机构充种性能的主要因素为型孔摩擦带型孔形状、型孔数量、型孔摩擦带安装倾角、型孔摩擦带速度以及种茎层厚度。基于离散元法(discrete element method,DEM)建立种茎群-型孔摩擦带仿真模型,通过单因素仿真分析各因素对充种性能及种茎群规律的影响。以充种合格指数和漏充指数为评价指标,通过二次回归正交旋转组合仿真分析确定最优参数,利用Design-Expert数据软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,并进行参数优化。结果表明,影响充种合格指数和漏充指数的因素主次顺序为型孔摩擦带速度、型孔摩擦带安装倾角和种茎层厚度,圆整后的最优参数为型孔摩擦带速度0.6 m/s、型孔摩擦带安装倾角45°,种茎层厚度250 mm,此时的模型预测充种合格指数为94.63%,漏充指数为3.42%,重充指数为1.95%。在最优参数下进行台架试验验证,种茎层厚度为220~280 mm,型孔摩擦带速度0.6 m/s,型孔摩擦带安装倾角45°,C型孔和型孔数12条件下,充种合格指数为94.13%,漏充指数为3.77%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。所设计的排种机构作业效果优于现有槽轮式排种机构,品种适应性良好,符合木薯精密播种的农艺要求。研究结果可为木薯精密播种器研制提供参考。