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[硕士论文] 刘彪
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:果园管理中的一个重要环节就是果园的施肥作业管理,果园施肥对提高果树的产量和水果的质量具有决定性的作用。目前,市场上出现的果园施肥机械基本上都是针对颗粒肥或化肥的施肥,而对像厩肥这样的有机肥,采用的施肥方式仍是机械开沟人工施肥的方式,缺少集挖穴、施肥、覆土于一体的果园有机肥施肥机。针对这种现状,本文进行果园有机肥旋切变深施肥机的研究。主要研究内容如下:
  依据果园施肥技术的要求,设计了果园有机肥旋切变深施肥机。论文介绍了果园有机肥旋切变深施肥机的整机结构、工作原理,并对旋切机构、链传动箱、机架、肥箱与排肥器等关键部件作了分析与设计。通过对旋切机构上刀片的运动学分析,建立了刀片的运动轨迹方程;通过对旋切机构上刀轴的力学分析知,作业深度、刀轴转速等都是影响刀轴受力的主要因素。运用ADAMS仿真软件对使用Pro/E建立的果园有机肥旋切变深施肥机的三维模型进行虚拟仿真运动,运用ANSYS有限元分析软件对机架作模态分析以及对链传动箱作静力与模态分析。最后,试验并检测果园有机肥旋切变深施肥机的施肥深度与宽度稳定性、碎土率、肥料分布的均匀性变异系数等性能参数。
  通过ADAMS虚拟仿真分析结果知:当在最大作业深度时,前、后刀尖在垂直方向上理论分析的差值与仿真分析的差值误差为1%,刀尖运动轨迹重叠量理论分析与仿真分析的值误差为2.7%,最大作业深度可达40cm。通过ANSYS有限元分析结果知:机架与链传动箱的1阶固有频率分别为40.594Hz、248.33Hz,远远大于该机的作业频率4.15Hz,满足机具动态稳定的设计要求;链传动箱的静力分析结果为12.15MPa,符合强度的设计要求。
  通过土槽试验分析结果知:最小施肥深度为19.6cm,最大施肥深度可达40cm,施肥宽度为43.85cm,施肥深度与宽度的稳定性系数分别为95.8%与97.85%,碎土率范围为65.59%-78.27%,肥料分布的均匀性变异系数范围为22.80%-34.26%;以功率、肥料分布的均匀性变异系数与碎土率作为试验指标而把作业前进速度、转速与施肥深度作为试验因素进行正交试验分析,得出这个3个因素对这3个指标都有着显著的影响;最后运用综合评分的方法确定了这3个指标综合评分结果达到最佳时最优工作方案为作业前进速度为0.1m/s,转速为250r/min,施肥深度为20cm。通过田间试验知:最小施肥深度为19.4cm,最大施肥深度可达40cm,施肥宽度为44.4cm,施肥深度与施肥宽度稳定性系数分别为94.9%和97.05%,作业施肥后土壤的碎土率为73.03%,肥料分布的均匀性变异系数为29.76%。
  本次研究的果园有机肥旋切变深施肥机不仅可以完成对有机肥的机械化施肥,还可以根据需要对施肥深度进行调节,解决了不能集挖穴、施肥、覆土于一体的有机肥的机械化施肥问题。
[硕士论文] 王帅
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:随着秸秆贮存技术的发展,玉米秸秆作为一种优质饲料,已被广泛应用;同时,玉米秸秆是一种最具开发潜力的清洁可再生能源。因此,玉米秸秆的综合利用对我国的畜牧业和能源发展具有重要意义。秸秆的收集储运是其产业化利用的关键环节,有效高质的玉米秸秆压缩机构是此环节的重要保证。本文在对国内外压缩理论以及打捆装备综述的基础上,从玉米秸秆力学模型及力学特性研究入手,理论分析和仿真分析相结合,对打捆装置的压缩机构进行了深入研究及分析,并通过系统试验对该装置进行优化设计,使该装置的压缩成捆性能趋于更稳定、工作更可靠,从而有效地改善该装置的作业性能指标。
  主要研究内容及结论如下:
  (1)本文将玉米秸秆作为试验研究对象,结合材料复合理论及弹性理论,确立了玉米秸秆的力学模型为圆柱体形弹性力学模型。然后以果穗成熟期的苏玉18秸秆作为试验材料,对其进行力学特性试验,从而得到了玉米秸秆弯曲以及压缩过程中的变化规律。此外,通过试验、数据处理和分析可以看出,不同试验条件下(含水率、有无节、节间),各因素对压缩特性指标的影响并不一样,但都是影响玉米秸秆压缩特性的重要因素。
  (2)对玉米秸秆打捆装置的压缩机构进行设计并建模,然后进行运动学和动力学仿真分析。通过借鉴现有机型设计以及机架预留位置,确定偏心距e为20mm,有效行程s为540mm,极位夹角θ为2°,然后利用几何关系式计算出曲柄的长度r为270mm,连杆的长度L为620mm。此外,确定其他参数如下:捆包的截面尺寸为400×480mm,活塞的压缩频率为93r/mm。根据设计好的参数进行三维实体建模,然后对该压缩机构进行运动学仿真,分析其运动学参数的变化规律;对机构的铰接处进行动力学仿真,分析曲柄、连杆、活塞之间受力的变化规律,验证机构的合理性。
  (3)开展压缩成捆性能试验研究,优化打捆装置结构参数和作业参数。通过单因素试验,研究喂入量、捆包长度及出口高度三个因素对成捆率、规则捆率及捆包密度的影响,明确各影响因素对压缩成捆性能指标的影响规律;通过对影响因素进行响应面法优化试验,建立回归模型,并进行多目标参数优化分析,确定最佳参数组合,即喂入量3kg/s,捆包长度700mm,出口高度240mm,最后经试验验证,在最佳参数组合条件下,成捆率为97.78%,规则捆率为94.15%,捆包密度为258.37kg/m3。
[硕士论文] 张书彦
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:水稻种植是其生产过程中的重要环节,其种植质量的好坏,将直接影响到其出苗、分蘖和生长,进一步影响水稻生产的经济效益。通过在农场调研和查阅相关文献发现,市场上现有的精量水稻直播机多数采用机械式播量可调装置,播量在一定范围内实现调节,易存在排量不稳定、播量调节精度不高等问题,造成播种不均匀,使得播种效果与预期相差较大,甚至会造成大量减产,不能完全满足农艺播种要求。因此,这就需要我们研制更加先进的播量可调式水稻精量播种机。
  本文在查阅大量国内外参考文献和实地农场农户调研的基础上,设计了一套基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统。本文通过试验研究,建立了水稻播量与其关键影响因素(稻种含水率、排种轮转速n、种层高度h)间的数学模型,基于模型开发了播量调控系统,实现播量精准调节,达到精量播种的目的。本系统通过触摸屏实现人机交互,可进行稻种类型、亩播量和含水率选择设定。工作时,触摸屏界面实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l。
  本研究主要包括以下内容:
  (1)完成整个基于播量控制模型的水稻精量播种控制系统设计。该系统主要包括主控制器、电源转换模块、数据采集模块、执行模块和参数显示模块。田间工作时,该系统的线路会集中安装在一个控制柜中,增强系统稳定性,避免田间复杂环境带来的影响。
  (2)建立水稻播量控制模型。设计室内台架排种试验,分析稻种含水率、排种轮转速n及种层高度h对水稻排种器单圈排量q的影响情况,并建立播量控制随动模型。
  (3)设计触摸屏人机交互界面。可随时控制系统运停,便于操作人员实时掌握控制系统运行情况。实时显示播种机前进速度v、排种轮转速n、种层高度h、已播种面积s和行进距离l运行信息。
  (4)控制系统台架试验。搭建软硬件系统平台,包括PLC控制器、霍尔测速和超声波测距传感器、触摸屏已及执行电机的选型与设计,设计硬件原理图,进行软硬件系统调试。试验证明,控制系统运行稳定,实现播量精准调节。
  本研究建立了多因素影响下的水稻播量控制模型,将其作为控制系统核心部分,测速和测距传感器实时检测机车前进速度及种层高度,根据控制模型实时控制播种量,从而达到精确播种的效果。为智能化大型水稻精量直播机的研制提供理论依据。
[硕士论文] 吴腾
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:甘薯是重要的粮食作物和食品加工原料,秧蔓茎尖可菜用,同时研究表明紫薯花青素含量较高,具有很好的保健作用。甘薯生产过程中劳动强度大,其中去秧蔓和挖掘收获环节用工最多。我国是甘薯生产大国,且近一半左右种植在丘陵地区,所以丘陵用甘薯生产装备的发展对甘薯产业机械化发展具有重要作用。
  本文在国内甘薯种植农艺的基础上,设计了一款手扶式甘薯碎蔓还田机,阐述了碎蔓装置、刀座防磨损技术、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计。利用INVENTOR对甘薯碎蔓还田机进行虚拟建模,利用ANSYS对关键部件刀辊轴进行振动模态分析,验证设计的合理性。为检验整机性能,对甘薯碎蔓还田机进行系统试验,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率为试验指标,进行单因素试验,得出刀辊转速、离地间隙和刀片间距对试验指标影响较大。在单因素试验的基础上运用Box-Benhnken中心组合试验方法对碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,建立了响应面数学模型,分析了各因素对试验指标的影响,对影响因素进行了综合优化。
  主要研究内容和结论如下:
  (1)对国内甘薯生产情况和甘薯机械化生产发展现状进行了概述和探析,详细介绍了国内外几种类型甘薯秧蔓处理机械,总结出影响甘薯秧蔓处理机械作业性能的主要影响因素。通过甘薯秧蔓机械力学特性试验得出收获期甘薯藤蔓平均拉断力为1751N,平均剪切力为57.23N。
  (2)根据我国甘薯种植农艺,对甘薯碎蔓还田机的整机进行设计,主要包括碎蔓罩壳、刀辊轴及甩刀、导向轮调节机构、导向轮、传动系统等。根据种植农艺采用仿垄形设计,甩刀双螺旋交错对称排列;运用三维设计软件INVENTOR建立样机虚拟模型,结合软件ANSYS进行刀辊轴振动模态分析,结果验证了刀辊轴设计满足要求。
  (3)为检验机器的各项性能,确定甘薯碎蔓还田机的最优参数值,以秧蔓粉碎合格率、留茬高度、伤薯率为评价指标,开展了以刀辊转速、离地间隙和刀片间距三个因素的单因素试验,运用SPSS软件对试验结果进行回归分析,观察各试验因素对机具作业性能的影响规律,分析影响机具作业性能的主要因素,以确定各主要因素的合理参数范围。采用Box-Benhnken中心组合试验分析了刀辊转速、离地间隙和刀片间距对秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率的影响规律并进行了模型参数优化,通过试验验证了模型和优化结果的准确性;各因素对粉碎合格率影响顺序为刀辊转速>离地间隙>刀片间距,各因素对留茬高度影响顺序为离地间隙>刀辊转速>刀片间距,各因素对伤薯率影响顺序为离地间隙>刀辊转速>刀片间距;通过试验验证,甘薯碎蔓还田机的最优工作参数组合为刀辊转速1950r/min、离地间隙25mm、刀片间距40mm时,此时秧蔓粉碎合格率为9488%、留茬高度为47.08mm、伤薯率为0.23%。
[硕士论文] 张亚萍
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:我国花生、残膜等农业物料收获任务繁重,机械化收获成为农业物料收获的必然发展趋势。铲筛式花生挖掘收获机在花生分段收获中运用广泛,但存在振动大、清土效果差等问题。因此,本文以振动小、清土效果好为主控目标,设计了一种铲筛式自平衡花生挖掘收获机,并在试验研究的基础上进行了参数优化。同时,在调研和试验中发现,花生、马铃薯、玉米等作物收获后,地里残留的农膜没有得到有效回收,造成了严重的环境污染。目前国内的残膜回收机具不仅对破碎严重的残膜回收效果不理想,而且功能单一、经济性差、商品化价值低。基于花生挖掘收获和残膜回收在工艺流程和工作原理上的相同点,以铲筛式自平衡花生挖掘收获机为原型进行改进优化,设计了一种多功能铲筛式自平衡挖掘收获机。通过关键部件的便捷组配和参数调节,既可实现花生挖掘收获,又可进行残膜回收,实现了一机多用,并通过田间试验对机具残膜回收效果进行了检验。
  论文主要研究内容如下:
  (1)铲筛式自平衡花生挖掘收获机的设计与分析。对挖掘铲、驱振装置、振动筛等关键部件进行了参数设计,确定铲面倾角为20°,采用反平行四边形机构驱动双筛体振动筛实现自平衡,配重所用偏心块质量1.786kg,偏心距(偏心块质心到驱振轴轴心的距离)13.5mm。花生收获作业时,采用杆条间距为12mm的杆条筛。并通过模态分析与振动测试验证了结构设计的合理性。
  (2)铲筛式自平衡花生挖掘收获机试验研究。选取总损失率、带土率和振动加速度为试验指标,确定机具前进速度、杆条筛振幅和驱振轴转速为主要影响因素,通过单因素试验和响应面综合优化试验确定了各因素对指标的影响规律及显著性水平,并建立了各因素关于性能指标的多元二次多项式回归模型。各因素对总损失率和振动加速度的影响程度均为:驱振轴转速>杆条筛振幅>机具前进速度;对带土率的影响程度为:驱振轴转速>机具前进速度>杆条筛振幅。综合优化后得到了最优参数组合:机具前进速度1.0m·s-1、杆条筛振幅48mm、驱振轴转速240rpm,此时总损失率为1.73%,带土率为7.32%,振动加速度为3.02m·s-2。
  (3)多功能铲筛式自平衡挖掘收获机的设计与残膜回收验证试验。在铲筛式自平衡花生挖掘收获机的基础上,改进设计了多功能铲筛式自平衡挖掘收获机,可以兼收花生和残膜。针对多功能机具的残膜回收功能,设计了振动筛、多级膜土分离装置、集膜与卸膜装置等关键部件。确定振动筛振幅为48mm,驱振轴转速为222rpm,后筛筛面倾角为10°。通过残膜回收田间试验测得3个试验指标值为:残膜回收率85.72%,膜土比0.5、振动加速度3.32m s-2,机具残膜回收综合性能良好。
[硕士论文] 王昕
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:秸秆还田是把不宜直接作饲料的秸秆(麦秸、玉米秸和水稻秸秆等)直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法。农业生产的过程也是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量,也需要不断补充能量,不断调节土壤中水、肥、气、热的含量。秸秆中含有大量的新鲜有机物料,在归还于农田之后,经过一段时间的腐解作用,就可以转化成有机质和速效养分。既改善土壤理化性状,也可供应一定的钾等养分。秸秆还田可促进农业节水、节成本、增产、增效,在环保和农业可持续发展中也应受到充分重视。
  按用途可将秸秆还田方式分为直接还田和间接还田两类。秸秆切碎抛撒还田作为秸秆直接还田的重要技术手段之一,其作业装置应当进行深入研究,并与国内现阶段使用的联合收割机相配套。本文将秸秆切碎抛撒技术分为秸秆切碎、颖糠抛撒、秸秆抛撒三个环节进行研究,设计了相应的作业装置,且每部分装置对应设计了调节机构,对其中关键部件利用ANSYS仿真软件进行疲劳分析,设计了一种手动、电动可调的撒布板水平双调节机构。通过台架试验和田间试验对本文设计装置的可行性、可靠性进行验证,通过试验数据分析,研究了秸秆切碎装置和秸秆抛撒板装置的实际作业效果。
  本文主要研究内容:(1)研究秸秆还田方式及国内外秸秆切碎抛撒技术研究现状;(2)研究秸秆切碎装置,对其进行整体结构设计,对动刀刀辊上关键部件进行疲劳寿命分析,研究动定刀间隙角度对秸秆切碎效果影响;(3)研究颖糠抛撒装置,对其进行整体结构设计,研究其抛撒轮距离地面高度的调节方式;(4)研究切碎后秸秆的撒布板装置,对其进行整体结构设计,研究其最优的撒布板排列方式,并对撒布板的对应调节机构进行研究设计;(5)通过台架试验和田间试验,研究所设计的秸秆切碎装置和切碎后秸秆抛撒装置的实际作业效果进行研究。
  本文主要研究成果:(1)研究了对国内外秸秆切碎抛撒技术和作业装置,分析了我国当前在相应配套作业机具上的不足之处,并总结了秸秆抛撒还田的发展趋势;(2)设计了一种动定刀结合的秸秆切碎装置并试制配套在联合收获机,通过ANSYS软件仿真、台架试验和田间试验验证了其作业可行性和稳定性,且提高了秸秆切碎合格率;(3)设计并试制了一种颖糠双抛撒轮机构,并配套在作业机具,实现了对筛板上残留物质的抛撒还田;(4)设计并试制了一种切碎后秸秆的撒布板装置,并针对其调节方式,设计了一种手动、电动可调的撒布板水平双调节机构,通过对该装置进行台架试验和联合收获机配套,验证了其工作可靠性,提高了秸秆抛撒还田质量。
[硕士论文] 伍文杰
农业机械化工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:油菜是我国主要的油料作物之一,种植区域广泛,种植面积大,种植面积及产量均居于世界前位。油菜籽作为主要的植物油原料,含有丰富的油酸,具有较高的营养价值,随着植物油脂人均摄入量的增加,油菜生产也变得更加重要。然而由于油菜自身的生长状况和特性,油菜植株高大,茎秆粗壮坚韧,分枝密布交叉,相互牵扯分禾困难,果荚容易开裂落粒,难以进行机械化收获。且机械化收获所采用的机器也是在稻麦联合收割机的基础上改装而成,主要通过加长割台、加立式割刀、更换筛面等部件改变使其进行油菜收获,机器适应性差,没有真正从油菜收割的特性上深入细致的研究,所以性能不够完善,收割损失率偏高。针对这一问题,本研究结合油菜特有的生物特性和物理机械特性,围绕割台产生高损失的原因,分析确定割台主要结构参数和运动参数,主要通过田间试验等方法优化验证其结构和运动参数,试验以割台损失率为主控目标,对拨禾轮水平位置(相对割刀位置)、拨禾轮垂直位置(相对割刀位置)和拨禾轮转速开展单因素试验和响应面试验研究,获得三个参数对损失率影响的主次关系及显著性影响,寻求其最佳参数组合。在此基础上,优化割台传动结构,设计了拨禾轮液压调节系统并进行仿真,减少油菜收割过程割台落粒损失。
  本研究主要研究内容及结果如下:
  (1)相关文献查阅及现状介绍。在充分调研及查阅梳理与联合收割机割台相关文献资料的基础上,对其国内外现状进行简要介绍,了解当前油菜联合收割机割台存在的问题及已有解决的办法,对于收获过程中损失率过高的问题提出新的优化改进方案,通过田间试验进行结构和运动参数优化,相应的给出研究方法与技术路线。
  (2)联合收割机的结构特点分析。对联合收割机割台拨禾轮、切割器、螺旋推运器等主要部件进行理论分析和参数计算,并在其基础上分析了油菜收割机割台特点,主要是安装竖割刀分禾器减少油菜分枝拉扯损失;增加割台长度保证油菜在割台上喂入深度和输送的流畅性,减少落粒损失;增加挡板减少飞溅造成的籽粒损失;改变拨禾轮参数等。
  (3)油菜茎秆力学特性试验研究。主要包括油菜植株的生物特性测量和茎秆切割力学试验。油菜茎秆测量包括其茎秆高度、茎秆直径、底荚高度、最低分枝高度、分枝数、角果层最大直径、质量、含水率等数据,从结果可以看出,不同油菜品种各参数差异较大。油菜茎秆切割力学试验,分别从不同品种、同株不同高度、不同直径、不同加载速度等几个方面进行分析切割力变化,得出结论,青杂5号与青杂7号油菜茎秆在相同部位相同加载速度下受到的切割力有较大差异;同一品种不同高度油菜茎秆在相同切割速度下上部所受切割力基本小于底部所受切割力但没有显著差异;油菜茎秆所受切割力均随茎秆直径的增大呈现增长趋势;油菜茎秆所受切割力整体上随着割刀加载速度的增加而减小。
  (4)油菜联合收割机田间试验。选择拨禾轮水平位置、拨禾轮垂直位置和拨禾轮转速为主要参数,以割台损失率为主控目标,同时考虑收割机作业效率,以整机喂入量作为辅助目标。首先对三个主要参数进行单因素试验,分析各因素对损失率和喂入量的影响,发现拨禾轮水平位置、垂直位置和转速对损失率都有一定影响;而对喂入量有显著影响的的只有拨禾轮转速。在单因素的基础上,根据Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对拨禾轮水平位置、垂直位置和转速开展响应面试验研究,开展三因素三水平二次回归正交试验研究,建立回归模型,确定因素影响显著性。试验结果中,只有拨禾轮转速对喂入量影响显著,试验结果与单因素试验结果相一致。通过影响效应分析可知,割台各结构参数和运动参数对割台损失率影响显著顺序为拨禾轮垂直位置>拨禾轮转速>拨禾轮水平位置;以高效低损作为约束条件寻求满足性能要求的最佳参数组合,进行多目标参数优化,确定油菜收割机割台最优工作参数组合为拨禾轮水平位置为50mm、拨禾轮垂直位置为1056mm、拨禾轮转速为30r/min,优化条件下割台损失率为0.97%,喂入量为8.35kg/s,试验实测值值为割台损失率为1.01%,喂入量为8.48kg/s,拟合度较高。
  (5)拨禾轮液压调节系统设计。为了降低割台振动,减少落粒损失,优化割台传动结构,在田间试验的基础上进行拨禾轮液压调节系统设计,主要根据联合收割机割台拨禾轮工作条件进行了方案设计和仿真分析。根据拨禾轮工作条件确定其对液压系统精度的要求,提出所设计拨禾轮液压调节系统能够控制其执行元件液压缸和液压马达完成相应的功能、保持较高的同步精度和经济性实用性等设计要求。在满足设计要求的前提下设计了串联液压缸回路、分流集流阀回路和同步缸回路不同方案。通过对各方案对比分析可知,方案一串联液压缸回路系统结构简单,经济便捷,为了消除误差增加了补偿装置。然后对液压马达和液压泵主要参数进行计算选型,选择液压马达型号BMR50,选择液压泵型号为CBN-E320。为了验证其性能,判断方案是否满足设计要求,采用液压仿真软件AMESim对液压系统进行仿真分析,结果符合要求。
[博士论文] 王冰
作物土壤机械工程学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:花生是我国最具国际竞争力的优质优势油料作物。近几年,随着花生种植面积增长以及规模化生产发展,科研单位和企业分别研发了四行半喂入花生联合收获机、花生多行捡拾联合收获机等高效联合收获设备。摘果与筛选技术是四行半喂入花生联合收获机的关键技术,但目前摘果作业机理不明晰、筛选机构优化设计方法和依据不足制约了整机装备创新水平和作业质量的提升。针对上述问题,本文以本团队创制的四行半喂入花生联合收获机摘果和筛选关键机构为研究对象,从与花生机械收获息息相关的花生株系特性研究入手,选取我国花生主产区11个典型花生品种为研究对象,研究获取收获期花生株系基本信息、几何特性、含水率、机械和生物力学特性、结果特性等重要参数,应用Access建立可分类查询与统计分析的花生株系特性数据库;以上述重要特性测试数据为依据,建立荚果有限元模型、株系柔性体模型和摘果装置刚柔耦合多体动力学仿真模型,开展荚果碰撞有限元分析,研究不同碰撞速度时荚果的力学特征;开展不同参数条件下摘果作业动态仿真分析,重点分析花生荚果的受力和运动行为特性、“果-柄”和“柄-秧”的连接特性等;集成高速摄影测试系统,构建半喂入花生摘果试验台,研究在上述仿真工况下的果秧分离过程,获取荚果的运动轨迹、受力特点等,探明作业质量的产生和影响机理。与仿真和高速摄影试验相结合,以降低破碎率、未摘净率为目标,开展摘果辊长度、链辊夹角、双辊间距、叶片外缘线速度以及夹持输送速度的单因素试验和响应面试验研究,分析各因素对破碎率、未摘净率的影响效应获取摘果装置最优工作参数为摘果辊长度850mm,链辊夹角18°,双辊间距200mm,叶片外缘线速度4.8m/s,夹持输送速度1m/s。对优化后的半喂入摘果摘出物组分进行分析,针对振动筛作业时存在的荚果碰撞、弹跳和摩擦现象,开展荚果恢复系数和摩擦系数的正交和单因素试验,研究不同因素对荚果恢复系数的影响规律,测定荚果与不同材质间的摩擦系数;以此为基础,创新设计1种无阻滞搭接式弹指筛,开展与传统筛体的对比试验,在理论分析和单因素试验研究基础上,开展弹指筛振动频率、弹指直径、弹指筛振幅、安装倾角等因素响应面试验研究,分析各因素对含杂率、损失率的影响效应,获取弹指筛最优参数组合为振动频率6Hz、弹指直径3mm、弹指筛振幅7mm、安装倾角2.8°。上述研究成果为半喂入花生摘果和筛选技术研究提供了理论基础和新方法,将成果应用于四行半喂入花生联合收获机后,有效提高了装备作业指标。
[硕士论文] 生萍
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:玉米联合收获机作为收获玉米作物的重要机器设备,替代了人工劳动,对玉米快速、高效地收获起到了关键作用,其性能好坏及环境适应性直接关系到玉米收获的进度和质量,甚至关系到国家粮食安全。随着我国科技的进步,农业机械得到了迅猛发展,国内的企业也更加注重玉米联合收获机的开发研制,其性能和水平得到了极大地提升。特别是随着有限元方法、虚拟数字样机技术和计算机技术的发展和广泛应用,利用虚拟仿真平台进行新产品的设计开发,通过搭建玉米联合收获机的虚拟数字样机,进行交互式培训动画的制作,利用计算机IE平台搭建虚拟培训系统开放给更多受众,能够降本提效;同时,能够利用虚拟系统对人员进行交互式培训,提高了培训效果,节省了培训成本。本文设计了一款自走式玉米联合收获机,利用仿真技术对其关键部件进行仿真分析,验证结构的合理性;利用虚拟数字样机技术和IE平台搭建虚拟培训系统,形成了直观、易用的虚拟仿真学习平台。
  首先,介绍了玉米联合收获机的发展和技术现状,指明了目前玉米联合收获机的结构形式和存在的不足,通过对比分析,得出新型自走式玉米联合收获机能够完全适应黄淮海地区小规模、零散种植等玉米种植的特点。然后,确定新型玉米联合收获机的整机设计方案,优化工艺流程,提出机器主要技术指标。利用机械设计基本原理完成整机设计和割台、拨禾链、摘穗辊、摘穗箱、输粮搅龙等关键部件的设计计算,验证确定了关键参数。对前果穗输送器、剥皮机、还田机、后果穗输送器、底盘系统、控制与传动系统、电气系统、动力传动路线等进行详细设计计算,并对各部件或系统进行了详细的介绍和说明。利用SolidWorks三维设计软件建立了整机三维模型,并利用SolidWorks Simulation专业仿真软件对摘穗辊进行静态和模态分析,验证了结构设计的稳定性和可靠性,能够有效避免强烈振动导致的屈曲和疲劳断裂等破坏的发生。其次,制作了一台实物样机,通过样机进行了田间试验,对整机性能和关键部件的仿真结果进行验证,结果表明机器性能符合设计指标,测试数据与仿真结果能够较好地拟合,说明本文所采用的分析思路和设计方法对于玉米联合收获机的设计开发是有效的。最后,利用虚拟样机技术,借助3DVIA Composer、3DMax、Flash、AE等动画仿真设计软件进行虚拟培训系统的搭建,并通过IE平台上线展示可交互式虚拟培训系统,能够很好的展现玉米联合收获机的基本原理、拆装演示动画、交互式学习等内容,加强实训效果,利于推广普及。
  通过对玉米联合收获机的设计仿真分析,成功完成了新型自走式玉米联合收获机的开发设计,并完成样机制作和生产试验应用,解决了普通玉米联合收获机无法适应黄淮海地区玉米收获的弊端,产生了极大的社会和经济效益。通过对玉米联合收获机虚拟培训系统的搭建,解决了玉米联合收获机操作学习、维修检测困难的问题。这一农业机械领域的积极创新,深化了农业信息化的跨越式发展,对玉米联合收获机的创新进步以及推广应用开辟了一条全新的道路。
[硕士论文] 任冬梅
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:玉米是我国粮、经、饲兼用作物之一,根据农业饲养、种植格局的不断变化,山东省通过不断调整形成了畜牧业发展新结构,构筑了具有较高经济社会效益的、山东特色鲜明的畜牧经济新格局,使玉米秸秆养畜占畜牧业比重由目前的30%提高到了35%,现有的自走式玉米青贮机对我省玉米的分散小地块的种植模式适应性较差,而进口的玉米青贮机价格昂贵,因此研制适应我省种植模式的具有自主知识产权的悬挂式玉米青贮收获机割台,具有重要意义。
  本课题通过对国内外研究现状、产品市场进行调研,确定了课题的研究方向、需要解决的问题,研究方法和技术路线。明确课题总体目标是研究与设计全齿轮传动青饲料收获机。
  通过对整机结构进行研究,研究设计了全齿轮传动系统、切碎揉搓装置、切割输送装置、物料抛送装置、夹持喂入装置、及辅助装置的结构;重点对全齿轮传动系统、切割输送装置、物料抛送装置这三部分确定了创造性的技术方案,进行了创新性研究和设计。
  通过对全齿轮式传动系统进行研究和设计,解决了皮带传动或链传动系统普遍存在的问题,本全齿轮传动系统通过一些列的机构设计,实现了既可对喂入辊转动速度进行调节,实现了物料切断长度的可调;又可控制喂入辊反转,无需停机就能解决物料堵塞问题。
  通过对切碎揉搓装置进行研究和设计、计算在不同数量切碎动刀及不同喂入速度情况下的青贮玉米理论切段长度,实现了青贮玉米茎节及籽粒破损的研究目的。
  通过对物料抛送装置进行结构设计和液压系统的计算选配,液压马达驱动的现抛送角度300°范围内可调。
  通过田间作业试验验证,样机达到了如下主要技术指标:(1)配套动力(k W):≥73.5(2)割台结构型式:不对行立式滚筒式(3)割台升降范围(mm):539(4)工作幅宽(mm):2200(5)抛送高度(mm):4200(6)抛送筒回转角度(°):300(7)切碎机构主轴转速(r/min):1000(8)作业速度(km/h):<8
  课题实施过程中进行了大量实地收获试验,针对发现的问题情况又进行了优化,小批投放市场后,得到了玉米青贮收获用户的好评。
[博士论文] 赵秀艳
农业电气化与自动化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,我国农业机械装备产品多以跟踪和仿造国外产品为主,核心技术自主知识产权水平较低。农机产品的设计多采用传统的设计方法,产品开发周期长、重复性设计多、设计资源难以重用,在产品型号、标准化程度和产品质量上与国外农机发展强国存在较大差距。因此,在农机装备设计领域通过数字化设计技术改造传统农业机械设计手段,对于提高我国农业装备的设计水平,提升农业装备制造企业在国际上的竞争力具有重要的意义。本文针对我国农机专业底盘数字化设计过程中精细化和智能化设计重用的需求,提出面向设计重用的农机专业底盘数字化设计方法研究,从农机专业底盘零部件实例推理、整体相似性评价、局部结构检索重用和参数化设计等方面展开系统研究。
  论文的主要研究工作包含以下几个方面:
  (1)基于多属性决策的底盘零部件实例推理方法。针对农机专业底盘参数属性多、参数类型差异大、属性不能无条件补偿等特点,传统实例推理中以属性加权评价为主的最近邻算法已不能满足实际需求,提出将级别高于关系的 ELECTRE多属性决策方法应用到农机专业底盘的实例推理中,首先对农机底盘实例数据进行预处理,然后采用层次分析法确定属性权重,通过实验调整各属性不和谐性阈值后进行级别高于关系的构造和挖掘,最终实现目标实例与数据库中实例的相似性评价,并以履带式联合收获机底盘实例进行验证。
  (2)基于视觉特征的底盘模型整体相似性评价方法。首先对底盘模型库中各模型进行投影,获取三视图并对视图进行二值化、稀释化处理;提取图像的轮廓边缘像素数据点,采用傅里叶描述子对轮廓特征进行计算,得到图像边缘描述子的特征向量;利用极半径不变矩对二值化图像进行整体区域特征提取,依据三视图的权重计算图像加权值;最后通过距离相似度返回数据库中与输入图像相似的三维模型。实验结果表明算法检索性能效果较好,能够满足实际要求。
  (3)基于局部结构检索的底盘零件设计重用方法。首先以设计特征作为设计语义信息的基础载体,对底盘零件三维CAD模型进行结构化表征,并用特征属性邻接图来表示;然后设计能够捕捉不同层次信息的特征描述子,构建融合语义的特征相似性评价模型;最后采用子图同构算法计算查询局部结构与模型库中零件的特征属性邻接图的特征匹配对,以此计算相匹配局部结构的相似度。实验结果表明,该方法能够较好地实现融合语义的底盘零件三维模型局部结构检索,可以有效地支持面向农机设计领域的三维模型设计信息的重用。
  (4)基于Pro/Engineer二次开发的底盘关键零部件参数化设计方法。从海量数据库中提取到的模型往往与设计目标存在一定差距,如何对其进行修改并符合特定要求同样是可重用设计中相当重要的环节。首先对部分关键零部件的参数推理机制进行研究,规范设计步骤,形成参数推理机制;然后基于Pro/Engineer二次开发,利用Pro/Toolkit提供的函数和VS2008编辑向导对参数化系统的菜单和参数化设计界面进行创建;最后根据内外部参数的关联为零件模型添加尺寸驱动,并通过编码的方式实现模型的输入、输出以及重建,建立农机专业底盘参数化设计系统,从而提高底盘设计效率,缩短设计周期。
  基于以上研究成果,实现了一个农机专业底盘数字化设计重用原型系统,给出了系统的功能结构、体系结构,并进行了典型示例验证,表明了本文提出的理论、方法及算法的可行性和有效性。
[硕士论文] 姚文燕
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:小麦育种小区收获是小麦育种中的一个重要环节,目前国内没有较为完善的小麦育种小区收获机械,国内育种单位大多采用普通收获机收获。对于大多数普通收获机不具备清粮功能,不能在收获完一个小区后,对收获机内部的种子进行快速干净地清理,做到机内没有残留的籽粒。因此,普通收获容易造成混种,严重影响育种进程。国外对于小麦育种小区收获机已有长时间研究和成熟产品,国外生产的育种小区联合收获机性能先进、工作效率高,但由于价格昂贵,中小型育种单位无力负担,因此,有必要研究适应国内中小单位需求的小麦育种小区收获机。4LZ-0.8型小麦收获机是一种国产小型谷物联合收获机,该机性能好、体积小、价格便宜,有育种单位对其改进后用于小区收割,取得一定效果,但是清种时间长,工作效率低,还不能很好地满足用户要求,需要对其结构进行研究并按照小麦育种小区收获要求改进,在原机上增加清粮系统,提高其清粮性能,缩短清种时间,提高小麦育种小区收获效率。
  本研究的目的是实现小型小麦收获机快速清种,解决中小单位小麦育种小区收获难的问题。研究内容包括:(1)小麦收获物各组成部分的摩擦特性。收获机清种过程是小麦收获物的流出机外的过程,对小麦收获物的摩擦特性试验研究得到各组成成分的摩擦特性,为研究设计清种结构提供依据;(2)对4LZ-0.8型小麦收获机的改进设计,研究收获机内部容易存粮部位的结构,包括割台底部、脱粒仓底部、输送部位等分析存粮原因拟定改进方案,设计能使收获机物料提升装置反转的齿轮传动机构,克服收获机物料提升机构中残留种子清理困难的问题。在结构设计中利用三维软件Pro/E完成齿轮箱的零部件设计和装配;(3)小麦收获机清种机构液压操纵系统的设计,对割台底部和脱粒仓底部存粮的部位通过液压控制打开底部,脱粒仓上端盖通过液压实现开闭检查脱粒仓底部是否存有残留。对液压系统进行设计试验,确定合理的液压操纵装置。(4)确定收获机改进部件的三维模型后,通过AutoCAD进行二维图纸绘制,进行改进机构试制,然后对样机进行试验。
[硕士论文] 朱斌彬
机械设计及理论 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:甘薯是一种营养丰富、用途广泛、高产稳产的农作物。中国的甘薯种植面积和总产量均位于世界前列。在甘薯生产过程中,栽插环节是用工量最大的环节之一,占到总用工的1/4以上。因此,对甘薯移栽机械的研究可以有效地推动产业的机械化水平向前发展,对整个产业的机械化具有十分重要的意义。
  我国的甘薯移栽机研发使用尚处初级阶段,机具也多以半自动移栽机、简易移栽器为主。结构简单,成本低,但是无法进行膜上移栽,且无法实现精确的栽植轨迹。根据这一现状,在了解国内外现有移栽机械的基础上,研制出一种带夹式甘薯裸苗移栽机,实现了甘薯的插秧作业。主要研究内容及创新之处如下:
  (1)确定带夹式甘薯裸苗移栽机的总体方案,移栽机的行进方式为牵引式,主要由行走系统、送苗装置、插秧装置、夹苗装置和控制系统组成。
  (2)提出一种四连杆式插秧机构,并设计出由不完全齿轮机构、曲柄连杆机构、齿轮齿条机构和四连杆机构组成的插秧装置。根据甘薯苗插秧作业农艺要求的插秧轨迹,以连杆机构运动的设计轨迹与理论轨迹的偏差最小建立目标函数,利用Matlab优化工具箱提供的多变量有约束非线性最优化函数fmincon计算得出四杆机构的各个参数;利用不完全齿轮机构、曲柄连杆机构和齿轮齿条机构的组合实现插秧连杆的间歇式往复摆动;从而使插秧装置实现精确轨迹的插秧作业。
  (3)设计一种送苗装置。主要由槽轮机构和同步带传动装置组成,实现同步带的间歇式运动配合插秧装置的间歇式摆动,为插秧装置提供秧苗。
  (4)开发带夹式甘薯裸苗移栽机控制系统。控制系统的作用是根据软件程序控制浇水电磁阀的开启和气缸的动作,实现浇水作业和夹苗指的夹紧与松开。通过proteus和keil的联合仿真验证了控制系统的可行性。
  (5)设计移栽机行走机架及传动系统。利用SolidWorks软件建立各零部件的三维模型,利用SolidWorks simulation对移栽机主要零部件进行有限元分析,确保移栽机作业中各部件安全可靠.
  (6)对插秧装置进行了正交仿真试验,根据正交试验表讨论了不同种植土壤情况下的插秧参数配置。对于土壤比较干旱、覆膜种植的情况,最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为250mm;对于土壤比较干旱、不覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.2m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.4m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为300mm。
[硕士论文] 高鹏
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国第十三个五年规划再次聚焦三农,农业现代化需要进一步全面推进,水稻种植机械化、自动化要求逐渐提高。山东的水稻种植面积有限,水稻在河、湖、涝地区域种植较多,山东的水稻区域主要有,济宁靠近湖泊的水稻种植区、临沂的水库灌溉区和黄河流域水稻区,两季种植较多。窄行距水稻种植在农艺方面提出了光照通风的新要求,因此设计了新型窄行变株距插秧机分插机构。
  本文主要内容如下:
  (1)通过介绍国内外水稻插秧机分插机构的原理,总结了国内研究成果,分析了不足之处;结合山东水稻种植情况,提出了窄行变株距的新型作业模式,设计了新型的分插机构。
  (2)通过采用行星架原理,在分插机构的动力输入端设计了变速装置,实现旋转箱的非匀速转动,加上行星架共同作用,实现并且优化了变株距的插秧轨迹。
  (3)通过SolidWorks完成了变速箱、旋转箱、栽植机构内部零件的建模、整体装配和干涉检查。运用SolidWorks Motion插件分析了分插机构“腰子型”的相对轨迹和插秧时的绝对轨迹,验证了变株距作业时分插机构秧针的线性速度、加速度的合理性。
  (4)借助ANSYS Workbench有限元分析软件,对重要的零部件进行了静态分析和模态分析,保证了零件的强度要求,同时避免发生共振。
[硕士论文] 张亚雷
农业机械化工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:现代产品研发设计中广泛采用自顶向下、由粗到精、由整体到局部的设计方式,但由于结构非常简单的零件也需要花费相当长的时间进行功能、结构、工艺等方面的重新设计,如果能将现有产品或技术通过适当的结构修改等来满足新功能要求,则在保证产品质量的同时,可以有效降低成本,强化零部件之间、装配体之间、甚至产品之间的继承关系。因此,设计重用对于企业来讲具备重大战略意义。
  三维模型因其包含多层次的信息集合、丰富的视觉细节而得到越加广泛的应用:基于三维数字化模型的产品全生命周期管理是现代产品设计制造的重要发展趋势;同时,企业在生产过程中积累了大量的、丰富的三维模型,研究如何从产品海量CAD模型中快速、有效地查找出所需模型,充分挖掘和发现其蕴含的信息和知识并对其加以重用,是加快产品开发进程、缩短产品制造响应周期、提高产品研制质量的重要途径之一。
  农业机械由于交互对象的复杂性等研制过程同一般机械产品相比困难较多,将较为前沿的设计方法逐步应用到农业机械中对于提高我国整体农业机械化水平具有无可替代的重要意义;以文本关键字为基础的文本匹配方式由于其自身固有的描述性缺陷在模型海量增长情况下已不能适应新时代下对三维模型的重用要求。基于此,基于内容的三维模型自动检索技术在农机设计重用中具备越加重要的研究价值。本文在总结国内外三维模型检索的研究思路、层次、技术之后,重点进行了以下三方面研究:
  (1)一种基于距离面积几何特征的单个模型整体相似性评价方法。基于统计特征的三维模型整体搜索方法因其原理易于理解,算法效果良好得到了广泛的研究。本文算法通过对经典形状分布算法进行补充性改进,优化随机取点方式后减少采样点数量并增加模型面与面之间的面积比值特征,在提高复杂模型分辨率的同时能较大地提升算法时间性能;最后利用离线特征提取技术与在线模型匹配技术,进行三维CAD模型整体相似性评价。
  (2)一种基于模拟退火算法的模型局部结构挖掘方法。考虑到大多通用评价方法不适用于模型典型局部结构,本文对模拟退火方法在模型局部结构中的挖掘能力进行验证。算法对模型几何拓扑属性进行总结研究之后,以属性邻接图为基础,构建相应邻接矩阵,改变搜寻思路,将在大图中寻找小图的问题转化为使用模拟退火算法对模型关联属性图的最大团进行挖掘,最终以蚁群以及遗传算法作为对比,试验证明算法可以作为初步的启发式局部结构挖掘方法。
  (3)针对以上两种算法,以C++作为算法开发语言,以Visual Studio.NET2008为集成开发环境,Open Cascade为几何造型平台,以部分农机专业模型与通用模型为试验对象,开发了基于Windows程序风格的三维数字化模型检索系统,便于进行设计重用。
[硕士论文] 袁紫薇
机械电子工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:现阶段我国番茄采摘基本依靠人力,随着城镇化进程的加速,越来越多的劳动力成为工人,农业面临劳动力高龄化和人力资源日渐缺乏的问题,劳动力成本高而且不易获得。本课题立足于农业机械的发展,研制一种番茄联合收割机用成熟番茄识别和分拣方法,旨在提高农业机械的智能化水平。
  本研究主要内容包括:⑴分析了番茄收割机中的番茄运动过程,确定了番茄实时分拣系统的功能;针对从成熟番茄中剔除未成熟番茄和杂质的功能需求,提出了基于机器视觉的果实分拣方法,确定了单列拍摄和气缸击打剔除未成熟番茄和杂质的分拣方案。在硬件系统上,以NI CVS1458图像实时处理器和 Bas ler智能相机构建了番茄分拣系统的图像采集系统,通过光电传感器感应的方式来触发和采集番茄。在软件系统上,以Lab VI EW为平台下设计了番茄分拣的识别系统,具有图像触发采集、存储、分析等功能,从而实现实时分拣。⑵针对番茄收割机的特点,改进了番茄的铺排方式,提出了一种漏斗式提升输送带,优化番茄进入机器视觉系统的方式,解决了番茄堆积问题,避免拍摄设备视野中的番茄相互遮挡或紧密排列,极大的简化了番茄识别的图像处理。设计了合适的光源系统,提高图像采集质量。⑶针对番茄分拣的特点,突破提取一种颜色分量获得灰度图像的局限,提取同一彩色图像的H,S两种颜色分量,获得两种不同的灰度图像,分别对两种灰度图像进行二值化处理,然后通过逻辑运算将两幅灰度图像合成一张灰度图像,试验结果表明该方法可有效区分成熟番茄与未成熟番茄。⑷完成了基于Lab VI EW的番茄自动识别软件系统,并进行了分拣试验,通过对在自然光照下拍摄的100张番茄照片样本进行实验,误差率为2%,结果表明该系统准确率,适用于番茄收割机的工作环境。
[硕士论文] 陈耐超
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本课题组主要针对现有小麦播种机械精量播种稳定性差,漏播、断条现象严重、无监控系统、智能化水平低等问题,研制了一种新型小麦双吸盘种肥智控精播机。该智控精播机核心部件使用课题组自行研制的“自动泄压清种双吸盘小麦精量排种器”、“外槽轮式小麦宽幅排肥器”、“排种、施肥驱动控制装置”。
  笔者首先充分吸收了课题组前两代样机的研究成果,总结了前两代样机所存在的问题,通过查阅各种文献资料,用三维软件proe5.0创新研制了一种‘自动泄压清种双吸盘小麦精量排种器’。该排种器可以精确地实现小麦精量播种。市面上大部分气吸式播种机的排种器在刮种部分很容易将种子刮坏,笔者设计的排种器,在刮种部分通过外部泄压可以帮助刮种器更好的刮种。课题组还使用该软件创新设计了一种外槽轮式小麦宽幅排肥器,通过容量大小相同的沟槽精确将肥料定量分离,以实现精量控制排肥。排种器和排肥器均可实现零部件的简单快捷拆卸,为下一步该小麦智控精播机的推广打好了基础。
  此外,笔者还对该智控精播机机械部分的其他部件和控制部分所使用的元器件做了相关介绍。目前,课题组已经完成该小麦双吸盘种肥智控精播机整机的装配,可以简便直观的观察到该小麦精播机各个部件的组装情况。整机构件的联接中遵循了可拆卸性设计原则,整机构件联接具有很好的可拆卸性。在整机装配完成后,课题组首先进入试验田,进行了试验,初步测定该智控精播机的的整体结构设计比较合理,智能控制播种施肥的情况也比较稳定,满足小麦播种施肥的作业要求。
[硕士论文] 仲崇哲
农业电气化与自动化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:随着农业科技的发展,现代温室已采用专业化、规模化和集约化的生产方式,使其成为当今世界最具吸引力和活力的产业之一。由于温室内的作业空间狭小,行间采摘过程中的果实的运输还是依靠传统的“肩挎手提”,工作效率低、强度大。本文结合我国温室产业生产的实际情况,针对温室行间采摘工作强度大、效率低的问题,设计研制了一种面向温室行间采摘的智能运输车。实现了“人走车走、人停车停、人退车退”的自跟随功能,可跟随采摘工作人员在温室行间行走,方便工作人员完成果实的收集运输工作;同时车辆带有称重功能,果实采摘工作结束后可直接运走,无需再次过磅称重。
  本文的研究内容如下:
  (1)机械结构设计。车辆的机械设计主要对底盘和升降平台进行设计,并且对车辆各部分使用Soildworks软件进行三维建模和尺寸设计,并绘制出虚拟样机;同时完成了行走电机、转向电机、电动推杆和蓄电池的参数计算,并依据确定的参数进行了选型。
  (2)系统硬件电路设计。本文以 Cortex-M3位核心的 STM32F103C8T6作为主控芯片,控制各功能模块协调工作。系统硬件电路主要包括电源模块、信号采集装置、驱动模块、升降平台控制模块和人机交互装置。
  (3)在硬件电路的基础上设计了车辆行走控制程序、车辆转向控制程序、称重程序和显示模块程序。在软件设计中为了使车辆的转向更加精确,在转向电机控制程序中加入了增量式PID算法。
  (4)系统测试。为了验证设计的合理性,对车辆进行一些基础性实验,并对实验结果进行分析,为面向温室行间采摘的智能运输车的进一步发展奠定基础。
  本设计将行间采摘时的实时收集、同步运输与采摘后的运输以及果实的称重相结合,满足行间采摘以及大型温室过道的长距离运输的要求,有利于降低温室采摘工作的工作强度,提高其工作效率。
[硕士论文] 李培建
农业电气化与自动化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:作为主要粮食作物之一的小麦在世界范围内普遍种植,同等条件下较好的播种施肥效果有利于增加产量。目前普遍应用的小麦施肥播种机多为机械式结构,用地轮通过链条或者传送带来驱动排肥排种,通过更换排肥器和排种器,调整内芯在排肥器和排种器中的位置,以及改变地轮与排肥排种轴之间的传动比改变施肥播种量。这些方法虽然能够达到调节播种施肥量的目的,但是排种排肥器的设计只能分为有限个等级,必然不能适应任意播种施肥量的要求;调整内芯位置受人为因素影响较大,易出现偏差;改变传动比方法同样太过于繁琐,且频繁拆装容易使机器出现故障;此类方式皆费时费力且无法满足精密播种施肥的要求。目前小麦施播机还存在诸多问题,如地轮打滑导致播种施肥不均,排种排肥管堵塞导致漏播,随机播量和肥量,不能够实时观察播种施肥相关参数,以及与播种机配套的粗放型播种装置不能够使麦种均匀分布等。
  为解决目前小麦施播机所存在的问题,适应农业装备智能化和现代化发展的方向,符合未来精确农业能够根据土壤具体优良情况确定播种施肥量多少的要求,研究并设计了该宽苗带小麦智控旋耕施播机。该施播机配有土地旋耕机具,采用自主设计的能够实现粒播均布功能的窝眼式宽幅排种器,槽轮式排肥器,以及智能控制方法,完成土地旋耕以及小麦的精确粒播和均匀施肥,从而达到小麦合理密植,肥料均匀分布,节约麦种和肥料,并且增产增收的目标。
  该智控旋耕施播机采用智能控制的方法实现精密播种施肥,同时具备声光报警等辅助功能。人机交互终端选用了昆仑通态公司TPC7062TX嵌入式一体化组态触摸屏,使用MCGSE组态环境搭建上位机控制系统,下载到触摸屏之后,可以通过按键轻松设置播种施肥相关参数,遵循Modbus协议通过485通讯与MK60DN512ZVLQ10单片机完成数据的相互传递,按照设定参数以及编码器测得的播种机作业速度和排种排肥轴转速通过单片机控制两路PWM,同时采用PID算法实时动态调整分别与排种排肥轴相连的直流电机转速,达到均匀播种施肥的效果。试验表明:应用该小麦智控旋耕施播机能较好的完成精密播种施肥工作;能够通过触摸屏轻松设置作业参数,节省时间与劳力;设计的控制系统按照播种机作业速度动态调节排种排肥轴转速,使施播机达到按照设定参数播种施肥的目的。
[硕士论文] 彭传杰
农业机械化工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:精准农业是我国现代农业发展的必经之路,在节约资源、降低成本,提高经济社会效益方面具有重要的作用。播种机械是农业机械的重要组成部分,播种机工作性能的好坏对农业生产有很大影响,发展高质量的高速精密播种机是我国农业现代化的迫切需求,而排种器是播种机的重要元件。因此,排种器试验台就成为高质量播种机研发所使用的重要手段,它可以不受地点、环境、季节的限制,提高了试验的重复性和经济性,缩短研发周期。本课题将气力式播种原理与电控技术相结合,设计了一台气流输送集排式排种器试验台。具体工作如下:
  (1)研制了一台气流输送集排式排种器试验台。该试验台主要包括集中定量排种系统、气流一阶分配系统、播种控制系统以及排种量检测系统等。集中定量排种系统调节范围大,可以实现“一器多行”式排种;对气流一阶分配系统各部分结构与参数进行了设计与计算,并借助流体力学仿真软件ANSYS Fluent对气流一阶分配系统进行内部流场分析,完善并改进设计;排种器由步进电机驱动,实现播种量的控制与调节;排种量检测系统可以检测各个排种管的排量信息,收集并反馈排种量信息。
  (2)下位机软件的设计。选择了STM32单片机、步进电机、压力传感器、转换器等主要硬件,以Keil为软件开发平台,基于C语言编写下位机软件。在播量控制系统中,排种轴的转速与排种器的实际排种长度由步进电机驱动,程序主要包括电机驱动子程序、延时程序等;排种量检测系统以单片机为核心,配合压力传感器和A/D转换芯片HX711,实现收集并反馈种子重量信息的目的,程序主要包括AD采集子程序、读取种子重量的子程序、端口初始化子程序等。
  (3)完成了室内试验。室内试验主要包括总排量稳定性试验、各行排量一致性试验、种子破损率试验、排种量与排种器的排种长度之间的关系试验等。室内试验结果表明,本试验台总播量稳定性变异系数低于1.2%,种子破损率小于0.5%,当波纹管的长度约为20 cm时各行排量一致性达到最佳效果,排种量与排种器的排种长度为线性关系。
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