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[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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 尹凯
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:通过对收获期胡萝卜实地拔取测量和实验室检测分析,探究胡萝卜土壤特性、几何特性以及不同拔取条件对胡萝卜拔取力的影响。采用数理统计法对收获期胡萝卜的几何特性进行分析,得出红映二号胡萝卜主要几何特性指标的平均值、分布区间和分布频率;通过拉伸试验对胡萝卜根茎结合部抗拉强度、拔取力等力学特性进行测试与分析,得出胡萝卜根茎结合部抗拉强度和抗拉力;使用自主研发的数控式蔬菜拔取力测量试验台完成拔取试验和数据采集工作,应用专业函数绘图软件Origin Pro2015分析数据和绘图,得出胡萝卜拔取力与土壤含水率、土壤硬度、土壤容重、胡萝卜表面积、胡萝卜加载速度、拔取角度、松土位置的变化关系,应用模拟仿真软件EDEM模拟拔取过程,验证结果与测量数据吻合的很好。具体结果如下:
  1)红映二号胡萝卜植株总长度为[679.10,992.20] mm,根部总长度为[162.40,271.10] mm,根部最大直径为[32.70,56.30] mm,根部最小直径为[12.70,18.10] mm,根茎结合部直径为[12.50,32.00] mm,根部表面积为[16809.11,33055.34] mm2,根部体积为[96094.31,300107.47] mm3,根部质量为[78.84,286.49] g。
  2)土壤含水率越低、硬度和容重越大,破坏土壤结构和锚固作用所需的作用力越大,拔取过程完成的时间也就越短。
  3)轻微的倾斜角度有利于疏松胡萝卜周边的土壤,减小土壤对胡萝卜的锚固作用,在15°左右所需拔取力最低;拔取角度过大对拔取效果具有反作用,拔取角度从25°左右开始,拔取力会随着拔取角度的增大而变大,胡萝卜拔取效果开始变差。
  4)松土的拔取效果非常明显。松土深度越大、松土距离越小,松土效果越显著,拔取收获胡萝卜所需拉力越小。最佳松土位置为:松土距离10-15 cm,松土深度15-20 cm。
  本课题通过研究收获期胡萝卜与土壤间物理力学特性,为确定胡萝卜收获装置的机具结构及工作参数提供理论支持。
[硕士论文] 李朋发
植物病理学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:散叶烘烤是一种省工省时的烟叶烘烤方式,已经在我国得到了较为广泛的推广。国家烟草专卖局在2013年提出了“全程机械化”的现代烟草生产理念,目前,烟叶生产的机械化程度越来越高,从起垄、施肥、移栽、打顶、采收到烘烤都有相关的机械辅助,但是在散叶烘烤中,装烟这一环节目前还完全依赖人工进行。为了解决这一问题,研究设计了一种散叶烘烤自动装烟机,实现了散叶烘烤中烟叶的自动装筐。
  散叶烘烤装烟机共由6个部分组成,分别是烟叶分散装置、烟叶均分装置、烟筐传送装置、自动装筐装置、插排固定装置和自动控制系统,各系统可以拆解,组装方便,便于运输。烟筐经烟筐传送装置传送到自动装筐装置的平台上,烟叶经过烟叶分散装置和均分装置以后落入到自动装烟装置上的烟筐中,装烟重量达到设定的36kg以后,装满烟的烟筐进入到插排固定装置,装烟完成。所有装置的动作均由终端控制装置进行自动控制。为了保证装烟的均匀性,装烟机以“少量多次”的方式进行装烟,每次装烟4kg,分为9次完成。完成单个烟筐装烟的理论速度为160s/个,要求装烟率达到100%,理论生产率为1524.7kg/h。
  在样机的设计过程中,对各装置的关键参数进行了科学的设置。在烟叶分散装置中,分散筛倾角为30°,频率为2Hz,传送带运动速度为0.6m/s,传送带倾角为35°;烟叶均分装置摇板的频率为0.5Hz,校正后确定的摆动角度为53°;烟筐传送装置的传送带速度为0.3m/s;自动装筐装置的运行速度为0.2m/s,传送带速度为0.3m/s,装烟分为7次完成,单个烟筐装烟36kg;插排固定装置的传送带速度为0.3m/s。
  对样机进行装烟效率、装烟稳定性和装烟均匀性检验,发现设计的装烟机装烟效率符合设计要求,比人工装烟效率高27.8%左右;装烟机样机的装烟稳定性好;装烟机的装烟均匀性较好。
[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。
[硕士论文] 路修强
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:清选装置是联合收获机的重要组成部分,其清选效率直接影响到整机的工作性能。农业物料清选过程是气固两相流场、农业物料群自身特性和振动筛面的综合效应。开展风筛式清选装置的研究,分析清选室内气流场的分布规律,探索农业物料在筛面上的运动规律,不仅能为现有清选装置的设计与优化提供依据,还能为寻找新的筛分方法提供启发,有重要的意义和研究价值。本文主要工作内容如下:
  (1)对小麦清选物料成分进行了分析,其主要成分有籽粒、轻杂余、短茎秆和小枝梗,在物料中影响清选性能的主要是短茎秆。实验测量了小麦籽粒的三维几何尺寸、形状特征以及密度、摩擦系数和恢复系数等力学参数,建立了三维模型。利用物料悬浮速度测定装置,对物料中的主要成分进行了测定,试验结果表明:带籽粒小枝梗的悬浮速度接近于饱满籽粒的悬浮速度,短茎秆的悬浮速度分布范围与籽粒的悬浮速度分布范围存在着重叠部分,采用气流清选的方式将重叠部分的籽粒和短茎秆分离比较困难。
  (2)采用API进行FLUENT与EDEM耦合,耦合采用Eulerian数学模型,EDEM采用Hertz-Mindlin接触模型模拟颗粒间以及颗粒与筛面间的碰撞, FLUENT采用RNG-K流场模型模拟清选装置中的气流速度与气压大小的变化规律。耦合模拟表明:由于短茎秆的密度较小,风机出风口风速倾角对其在筛面上的纵向运动速度影响较大,小麦籽粒面积较小,其所受影响较小;风速对小麦籽粒和短茎秆的垂直速度的影响很小,随着风速的增加,物料的后移加快,有利于提高风筛式清选装置的处理能力,但是会增加籽粒损失;小麦籽粒主要分布在距筛面前端,随着风机出风口风速的增加,籽粒在筛下的分布后移,在距筛面前端之后籽粒数量很少。
  (3)以贯流式风机风速、贯流式风机倾角、振动筛频率和振动筛振幅四个因素设计正交试验表,用CFD-EDEM耦合对建立的正交实验表格模拟试验,得出结果进行方差分析,实验数据表明贯流式风机风速、贯流式风机倾角、振动筛振幅及振动筛频率对清洁率都有极显著的影响,影响主次顺序为风机风速>风机倾角>筛子频率>筛子振幅。根据影响因素主次与影响因素的大小进行参数优化配合。
[硕士论文] 肖静
机械工程 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:油茶是我国特有的木本食用油料树种。茶油是由油茶籽内提取得到的保健型油脂,市场需求巨大。因油茶壳内无油脂,故油茶果在采收后需进行脱壳与分选处理。目前油茶果的脱壳分选仍采用传统的手工脱壳分选方法,极大限制了油茶产业的发展,且国内外能够成熟推广的油茶果脱壳与壳籽分离装备尚处于空白状态。
  针对这一问题,结合油茶果壳籽的物料特性和力学特性,导师团队研制出了挤压揉搓式油茶果脱壳机、曲柄摇杆式油茶果壳籽粗选机和抓夹式油茶果壳籽精选机。本文以油茶果壳籽精选机为研究对象,主要研究内容如下:
  (1)以湖南主产的油茶品种得到的油茶果壳籽物料为研究对象,开展油茶果壳和油茶籽的物料特性测量与油茶壳力学特性研究工作,为油茶果壳籽精选机设计提供依据。
  (2)在油茶果壳籽物料特性和力学特性研究结果的基础上,确定油茶果壳籽精选机的总体结构和关键结构参数,开展油茶果壳籽精选机的结构设计,并分析主要零部件的受力情况,得到工作过程中驱动力矩的变化规律和最大驱动功率。
  (3)建立壳籽精选机关键零部件的有限元分析模型,获取工作过程中关键零部件的应力与变形规律。
  (4)开展油茶果壳籽精选分离试验研究,利用极差与方差分析法、多元回归分析法分别对试验结果进行统计分析,获得综合性能最佳的试验方案;以茶籽损失率最小、茶籽清洁度最大为目标,确定精选机样机最佳工作参数,并开展样机综合性能试验研究。
[硕士论文] 宋晓琳
农业电气化与自动化 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:农用运输车是我国农村地区的主要运输工具。然而,农用燃油运输车辆污染空气,能源利用率低,它们主要消耗柴油,在空气污染和能源利用方面都很不理想。随着电力电子技术的发展,农用电动运输车辆成为解决以上问题的重要手段。
  永磁同步电机以其高效、低功耗、过载能力大、转动惯量小以及转矩脉动小等优点,更多的成为农用电动车电机的优先选择。因此,构建以永磁同步电动机为核心,并且符合农村复杂路况条件的调速控制系统非常重要。本文将农用电动车用永磁同步电机作为研究对象,以研发能够使农用电动车安全、高效、节能的控制系统为目的。
  本文首先简要介绍了永磁同步电机的原理,分析了永磁同步电机数学模型的特点,然后深入研究了永磁同步电机的多种矢量控制方法,建立了相应的数学模型,经过综合分析,最后决定使用基速以下进行id=0控制、基速以上进行弱磁控制的控制方案。通过对矢量控制原理及方法分析,基于TI公司的TMS320F28335芯片,设计了农用电动车用PMSM矢量控制系统,硬件电路设计主要包括硬件电路整体结构设计、IPM驱动电路设计、故障保护电路设计、采样电路设计以及转速和位置检测电路设计;软件设计主要包括主程序设计、中断控制程序设计以及SVPWM调制程序设计。
  农用电动车用永磁同步电机的矢量控制系统由电流和转速双闭环构成,用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术进行调制,分析了常规PI调节器原理和实现方法,最后搭建了此矢量控制系统的仿真模型,结合id=0控制和弱磁控制两种控制方法,通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制方案的可行性。
  本文通过对农用电动车用永磁同步电机矢量控制系统的研究,验证了在此控制系统下农用电动车能够实现高效、节能的目标,具有较大的实际使用价值。
[硕士论文] 何俊达
机械制造及其自动化 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:河北省一年两熟地区的水资源短缺,属于玉米、小麦一年两熟地区。玉米免耕地的土壤容重较大,且耕地表面有小麦秸秆覆盖,对玉米免耕施水播种装置的工作性能提出了更高的要求。河北省一年两熟地区玉米播种季节降雨量分布不均,遇到旱时,需要通过灌溉来增加耕地的含水量以保证玉米的出苗和正常生长,但这种方法水的利用效率低,对水资源造成大量的浪费,所以使用施水播种机进行作业是一个行之有效的解决方法。目前适用于一年两熟地区玉米免耕施水播种的机组较少,尤其是其关键部件的研发还需要加强。
  (1)确定了玉米免耕施水播种装置的主要技术参数。通过玉米种植试验,确定了在不同秸秆覆盖量和不同初始含水量的土壤中能满足玉米出苗所需要的临界施水量;由溅水范围试验,得出了合适的机组前进速度、水管直径和水管安装高度;针对种沟施水入渗的特点建立了其数学模型,并根据种沟施水入渗模型,通过模拟和计算确定了合理的开沟深度、开沟宽度、回土深度,通过试验得到了旋耕的宽度和深度。为设计玉米免耕施水播种装置提供了设计依据。
  (2)设计了玉米免耕施水装置。确定了玉米免耕施水装置的整体结构,主要是由旋耕松土部件、主动回土开沟部件和施水部件组成;通过理论分析确定采用直刀反转的旋耕方式,确定了切土节距、旋耕刀的转速和旋耕刀的布置。设计了主动回土开沟部件,选择了合适的开沟器,并对确定了主动回土装置的结构和设计参数;设计了其水路系统,对水箱的安装方式和容积进行了确定。
  (3)对玉米免耕施水装置的试验机具进行了设计和改装,并进行田间试验。对作业后的种深、种间距、种子周围的含水量和秸秆覆盖量进行测定。试验结果表明,所设计装置满足了玉米播种技术要求。
[硕士论文] 郭朝龙
机械工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,由于谷子种植的机械化程度较低,间苗劳动量大,费工费时,严重制约着谷子种植经济的发展,所以实现谷子种植机械化,达到精量播种已是燃眉之急。然而传统的条播和撒播种植技术难以解决以上问题,而穴播技术能够节省谷种和工时,使幼苗分布均匀,竞争小,个体优势突出,密植合理,谷子生长旺盛,有利于谷子高质高产。本课题将进行精量穴播技术的研究与探索,研制负压式谷子精量穴播机以解决这些难题。本课题的主要研究内容及成果如下:
  (1)谷种物理特性的试验研究。本论文对包衣谷种的球形度、千粒重和自然休止角等物理特性进行了分析和计算,得出其球形度为97.53%,千粒重为14.16克/千粒,自然休止角为24°。为负压式谷子精量穴播机的研制提供了理论依据,使其保证播种质量以满足谷子种植的农艺要求。
  (2)穴播机的设计。本论文确定了排种器、机架、开沟器、覆土镇压装置、传动装置及种箱等主要零部件的具体结构参数,并利用SolidWorks软件设计了负压式谷子精量穴播机的整体结构。在对排种器的设计过程中,根据农艺要求及传统经验,确定了排种盘直径为200mm,排种盘圆周方向开有18组吸种圆孔,每组5个吸种圆孔,并且分析了吸种孔径、排种轴转速和气室真空度等参数对排种器性能的影响关系,并对其工作过程中谷种受力进行了动力学分析,最后计算出气室的临界真空度。最终完成了负压式谷子精量穴播机样机的制作。
  (3)排种器的流体分析。本论文利用ANSYS FLUENT软件对排种器气室内的气流场进行了模拟仿真,分析了吸种孔径不同时气流的均匀稳定性。并且对排种盘吸种孔径为1.6mm、1.8mm和2.0mm的吸种孔处局部气流场做了模拟仿真,为台架试验提供了参考依据。
  (4)排种器的台架试验。本论文采用JPS-12计算机视觉排种器综合试验台对排种器进行台架试验。通过单因素试验可知,气室真空度在-0.6~-0.8KPa且排种轴转速在26~30r/min时,排种器排种性能较好。然后在单因素试验结果的基础上进行正交试验,通过对穴粒数合格指数、穴距合格指数、空穴指数及穴距变异系数四个性能指标的极差分析和方差分析,明确了主次因素和较优组合,确定了最优化方案:气室真空度为-0.8KPa、排种轴转速为30r/min、吸种孔径为1.6mm。对最优方案进行验证性试验,得出穴粒数合格指数为86.67%,穴距合格指数为89.33%,空穴指数为1.33%,穴距变异系数为13.74%,均满足穴播的技术要求。
[硕士论文] 李欣然
机械工程 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:开沟机的开沟深度影响后续秸秆填埋时反应堆的发酵效果。由于温室大棚地表起伏不平,因此对开沟机工作性能提出了更高的要求。现针对大型设施蔬菜大棚的现状、河北省设施农业蔬菜的具体农艺要求以及秸秆生物反应堆施工技术参数,研制出了融合机、电、液一体化的开沟机定深测控装置。主要研究内容如下:
  (1)确定了开沟机定深测控系统总体设计方案。设计了开沟定深测控系统,运用模糊自整定PID(Proportion Integration Differentiation)控制器,并使用FIS(模糊推理)编辑器与Simulink的联合仿真研究的方法,验证了测控系统设计的正确性。
  (2)确定了控制系统各元件之间的关系,设计了基于STM32处理器为核心的开沟机定深测控系统,STM32处理器与触摸屏之间通过RS-485串行接口,实现了控制器与触摸屏之问信息相互交换,并完成了KTC传感器与微处理器的原理图。根据计算的开沟深度,选择KTC位移传感器,并且设计了Kinco触摸屏人机交互界面。设计了液压系统,并对液压回路的三种运行情况进行了分析。
  (3)实现了定深测控和数据通信,对不同地表情况采取相应的控制策略,并对其编程。
  (4)研制了开沟试验装置,并针对测控系统进行了装置的响应时间和开沟深度稳定性试验。选取不同开沟深度,所得开沟深度稳定性结果,表明测控系统的定深效果满足所需要求。
  系统能够实现对地表仿形及位移变化模拟量采集,并能同时实现定深控制功能。通过仿真及试验,证明了所设计的定深测控系统的合理性和有效性。
[硕士论文] 魏乐乐
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国的甘薯生产机械化发展水平低,尤其是在耗费人力较多的甘薯杀秧环节,机械化水平不高,限制了农民生产积极性。因此,推行机械化杀秧已成为必然趋势。本课题针对甘薯秧蔓生长特性和甘薯成熟期秧蔓的特点,探索性的研制了一种链条式甘薯秧蔓粉碎回收机,以期减少留茬高度和伤薯率、提高作业流畅性和适应性、降低薯秧回收机功耗,避免薯秧粉碎还田带来的危害,为秧蔓回收机的结构设计提供新思路。主要研究内容包括:
  (1)整机结构设计。设计了一种甘薯秧蔓处理机械,能一次性实现秧蔓的切割、输送、粉碎回收作业。整机设计主要包括往切割装置、夹持输送装置、粉碎装置,仿形挑秧装置,动力传动装置。确定了回收机的工作原理和工作过程。
  (2)统计了成熟期甘薯的生长特性,进行了秧蔓茎秆物理特性试验与分析。通过对薯秧主茎(切割器切割处)的剪切试验得到了该位置的剪切力曲线。试验表明,切断薯秧主茎的剪切力随秧蔓的含水率的减少而增加,含水率越低,秧蔓被切断所需要的剪切力越大,为选择甘薯秧蔓进行粉碎回收作业的合适时间与甘薯处理机的设计和制造提供了理论依据。
  (3)对关键部件进行了结构设计和参数分析,确定了仿形铲、往复式切割器、夹持输送装置、粉碎机的结构参数和运动参数,得到的各零件参数分别为:仿形铲倾角范围7°-56°;切割装置选用标准Ⅱ型的往复式切割器,切割速度2m/s,切割倾角选择15°;选用夹持输送链条作为整机的夹持输送装置,确定了链条的布置倾角22°,链条速度与机具速度之比K=2-3.1之间;粉碎机选择锤片式粉碎机,得出了影响锤片平衡的两个主要因素:主轴转动角速度ω1和锤片绕销轴的相对转动的角速度ω2。提出了根据机器作业速度,确定往复式切割器、夹持输送链及粉碎机的运动参数的作业方法。
  (4)利用ADAMS软件,对切割装置进行了运动学和动力学分析,通过虚拟试验,以割刀受到的切割力F为评价指标,以机具速度vg、切割速度vm切割倾角α为影响因素,得到了割刀受到最小切割力时,三参数值分别为:5km/h,2.14m/s,15.18°。
  (5)对仿形挑秧装置和切割装置进行了性能试验,为零件设计的优化改进提供了参考依据。
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