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[期刊论文] 祝荣欣 王金武
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北大核心
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摘要:为探究联合收获机驾驶人疲劳的产生和变化规律,基于心电和肌电信号建立了联合收获机驾驶人疲劳检测方法.通过驾驶疲劳监测实验采集了10名联合收获机驾驶人120min的心电和颈部、腰部表面肌电数据,提取心率变异性和表面肌电信号的非线性特征参数C0复杂度和样本熵,探究特征参数随驾驶时间的变化规律;划分疲劳状态为轻度和重度2个等级,采用主成分分析法对特征参数降维,基于支持向量机建立了联合收获机驾驶人疲劳状态识别模型.结果 表明:心率变异性、颈部和腰部表面肌电信号的C0复杂度和样本熵随驾驶时间的增加均呈下降趋势,并在1时段和12时段存在显著性差异;联合收获机驾驶人疲劳状态识别模型的识别准确率平均为91.75%,识别准确率较高.基于心肌电的联合收获机驾驶疲劳检测方法,可全面地反映驾驶人疲劳时的生理特征,有效识别联合收获机驾驶人的疲劳状态....
摘要:为保证稻谷干燥后品质、提高干燥效率,基于不同含水率稻谷的玻璃化转变温度,提出变温热风干燥工艺.采用三因素五水平中心组合试验方法,以稻谷温度、初始含水率和热风风速为影响因素,以稻谷爆腰指数、整精米率和干燥时间为评价指标,研究稻谷玻璃化转变温度、恒温和变温干燥特性,模拟解析稻谷干燥过程中传热传质规律,以5、10、15℃的变温幅度进行变温干燥试验.结果 表明,稻谷玻璃化转变温度与其含水率呈负相关,恒温干燥最佳工艺参数为稻谷温度47℃、初始含水率22.0%、热风风速0.50 m/s,干燥后稻谷爆腰指数70、整精米率57.67%、干燥时间195 min;与恒温干燥相比,以5℃和1O℃为变温幅度的变温干燥工艺,干燥后稻谷爆腰指数分别降低了20和10,整精米率提高12.6、7.7个百分点,干燥时间缩短30 min和60 min.研究表明,基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺明显改善了稻谷干燥后品质,提高了干燥效率....
摘要:针对水稻秸秆全量深埋还田机作业时刀辊前方壅土问题,结合水稻秸秆全量深埋还田机作业过程,分析作业过程中刀辊前方壅土原因,通过运动学及动力学分析,建立在加速阶段及抛运阶段土壤颗粒与还田刀间相对位移模型及在空转阶段土壤颗粒运动模型,利用Matlab对已建立模型求解,确定还田刀的弯折线角为55°、刀辊转速为190 r/min、还田刀弯折角为77 °、还田刀宽度为80 mm,并对整机进行配置.以前进速度、留茬高度、离地间隙作为影响因素,以还田率、碎土率、地面平整度及耕深作为响应指标,设计田间试验,并在相对潮湿、粘重的土壤环境下进行适应性试验.田间试验结果表明:水稻秸秆全量深埋还田机可在牵引功率66 kW、留茬高度不大于260 mm、作业速度不大于3 km/h的作业条件下完成作业,还田率达到85%,碎土率与地面平整度均达到95%,前方壅土现象得到明显减轻,且能在相对潮湿、粘重的土壤环境下进行作业,各项指标均优于农艺要求,证明了机具的适用性....
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EI CSTPCD 北大核心
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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ATmega328P MCU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:为了提高蔬菜钵苗取苗机械化程度和取苗效率,设计了一种探出取推钵式蔬菜钵苗取苗机构,可实现快速取推钵动作.以大果哈椒钵苗作为取苗对象,分析了取苗机构的工作原理,建立了机构运动学模型,确立其优化目标,运用Visual Basic 6.0开发可视化辅助分析软件,优化得出满足要求的最佳参数,形成相应的理论轨迹.建立三维模型,对模型进行虚拟仿真设计,得出仿真轨迹.采用31D打印技术进行试验样机制造,运用高速摄影技术提取试验样机实际工作轨迹,验证了实际轨迹与理论轨迹、仿真轨迹的一致性.试验测得实际取苗针最大入钵力,运用相似理论原理,推算出试验样机最大入钵力,并得到钵土最佳基质比为0.4,进行试验样机取苗试验,取苗成功率为96.87%,满足蔬菜钵苗取苗要求,验证了机构设计的正确性与可行性....
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:针对长江中下游两熟制地区土壤黏重板结,传统秸秆还田耕整机作业质量不理想、刀辊易缠绕和功耗大等问题,提出了一种六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊.基于滑切原理设计了等滑切角二次切刀,阐述了刀辊结构及工作原理,分析了二次切刀减阻程度及主要作业参数.田间试验结果表明:各因素对功耗和秸秆掩埋率影响显著性由大到小分别为刀辊转速、耕深、作业速度和耕深、作业速度、刀辊转速,对秸秆粉碎率和碎土率影响显著性由大到小为刀辊转速、作业速度、耕深,通过软件分析得到最优参数组合为:耕深12.7 cm,作业速度0.7 m/s,刀辊转速273 r/min.验证试验结果表明:最优参数组合下六头螺旋秸秆还田耕整机功耗、秸秆掩埋率、秸秆粉碎率和碎土率分别为31.9 kW、93.1%、87.5%和78.3%,与软件预测值之间的误差分别为4.7%、1.4%、1.9%和2.6%.对比试验结果表明:六头螺旋秸秆还田耕整机功耗和秸秆掩埋率较水旱两用秸秆还田耕整机分别低8.8%和2.3%,秸秆粉碎率和碎土率分别高3.0%和6.1%....
摘要:为提高筑埂作业效率与质量,减轻作业劳动强度,解决水田田埂拐角处无法机械筑埂的问题,设计了一种旋耕和镇压部件可180°水平回转的水田双向修筑埂机.阐述了关键部件横向偏移机构与180°水平回转调节机构的结构及工作原理.建立横向偏移机构和180°水平回转调节机构运动模型,通过运动学分析,获得了可满足不同作业条件下偏移要求的运动部件结构参数,得出旋耕和镇压部件回转过程趋于稳定的条件.对水田双向修筑埂机进行田间作业性能试验,试验结果表明:当作业速度分别为1.5、2.0、2.3 km/h时,田埂坚实度平均值随筑埂后间隔时间的增大而增大,田埂坚实度变异系数随筑埂后间隔时间的增大而减小;间隔时间相同时,埂侧坚实度平均值高于埂顶,田埂各测量位置稳定值均不低于1 332 kPa.前行与倒行两种作业方式所筑田埂均满足水田筑埂农艺要求....
摘要:化肥作为现代农业生产基础物质之一,对保障粮食生产安全和农业高效高产具有重要作用,但因其长期盲目过量施用所引发的系列农产品安全、环境污染及资源浪费等问题日益突显,如何有效权衡粮食产量品质及生态安全与化肥减施增效间关系成为需要解决的系统工程问题.根据对科学施肥技术迫切需求,综合评价了中国化肥施用现状与形势,重点阐述分析了国内外测土配方施肥、缓控释肥施用、精准变量施肥、灌溉施肥及部分大宗农作物典型施肥等现代施肥技术的研究进展、技术特点、应用概况及存在问题等.在此基础上,结合可持续农业发展需求分析了我国化肥施用的发展趁势,提出未来主要发展建议,为构建符合中国国情的化肥减施增效科学管理技术体系及相关研究提供参考....
摘要:针对水稻分蘖期施肥和除草作业过程中存在作业环节多、环境污染严重、营养分布不均匀等问题,结合水稻分蘖期深施肥和行间除草的农艺特点,设计了一种可同步完成水稻分蘖肥深施和行间除草的水田电动双行深施肥除草机.根据达朗贝尔原理,对机具启动加速阶段进行动力学分析,建立主动除草轮所需驱动力矩数学模型,得到主动除草轮所需最大驱动力矩理论值为59.05 N·m,完成深施肥装置控制系统与机具行走控制系统设计.采用二次正交旋转组合设计,以机具前进速度和叶片开口直径为影响因素,以施肥均匀性施肥量均值和施肥均匀性变异系数为响应指标,利用JPS-12型排种器检测试验台对深施肥装置的排肥性能进行台架试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析与响应面分析,得到影响因素与响应指标之间的数学模型,并对数学模型进行优化,优化结果表明:在前进速度0.40 m/s,叶片开口直径16 mm的条件下,施肥均匀性施肥量均值为0.20g,施肥均匀性变异系数最小值为21.7%.对机具进行田间性能试验,当叶片开口直径16 mm,机具前进速度0.40 m/s,给定施肥量为67.5 kg/hm2时,施肥量偏差控制在3.54%以内,机具在不同前进速度情况下除草率均不小于78.5%,满足水稻分蘖肥深施和行间除草的农艺要求....
摘要:针对深施型液态施肥机分配器工作效率低及液肥能量损失大问题,设计了与斜置式扎穴机构相配套的差动式双向供肥分配装置.为了避免差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构之间连接的软管发生缠绕,采用双行星轮-内齿圈组合机构的传动原理,并根据斜置式扎穴机构喷肥针肥路接口的运动特性,确定差动式双向供肥分配装置各组件的传动比;为满足喷肥针入出土即刻喷肥特性,进行了差动式双向供肥分配装置空间凸轮的设计,得到相应的结构参数:推程运动角31.8°、回程运动角25.6°、平均圆柱半径100 mm、行程最大值6mm.对行星轮进行运动学分析,得到行星轮的运动轨迹方程.进行差动式双向供肥分配装置性能试验,记录在一个工作周期内差动式双向供肥分配装置与斜置式扎穴机构每次间隔旋转45°时的输肥软管运动状态,验证软管会否发生缠绕;以液压泵压力为影响因子,分别测得不同水平下每5 s内的施肥量,求得喷肥针与液压泵出口处的流速,并得到差动式双向供肥分配装置液肥能量损失值及节能损失规律,分配装置具有高效率的喷肥性能....
摘要:针对水田侧深施肥装置施肥均匀性低、作业性能不稳定、输肥管路堵塞等问题,结合水田侧深施肥的农艺特点,对水田侧深施肥装置关键部件排肥器和气力输送系统进行设计与分析,通过运动学和动力学的方法得出排肥轮转速越大越有利于提高施肥均匀性,计算得出排肥轮转速的最大理论值为150 r/min,并设计了适宜输送颗粒肥的气力输送系统.采用二次正交旋转组合设计试验,以排肥轮转速、插秧机前进速度、风机风速为影响因素,以施肥均匀性施肥量均值和施肥均匀性变异系数为响应指标,利用JPS-12型排种器检测试验台对施肥装置的排肥性能进行台架试验,运用Design-Expert软件对试验数据进行方差分析和响应面分析,得到影响因素与响应指标之间的数学模型,并对数学模型进行优化及验证.试验结果表明:在排肥轮转速21.96 r/min、前进速度0.93 m/s、风机风速22.93 m/s条件下,施肥装置的施肥均匀性变异系数为28.25%,且满足黑龙江省寒地稻作区侧深施肥最小施肥量150 kg/hm2的农艺要求....
摘要:针对深施型液态施肥机扎穴机构始终无法满足喷肥针垂直姿态入出土问题,分别根据卵形非圆齿轮与全正圆齿轮行星轮系的组合啮合特性,设计了一种实现变速垂直扎穴的新型卵形-全正圆齿轮行星系扎穴机构.采用卵形齿轮相互啮合原理,控制扎穴机构在工作周期内的瞬时角速度变化,实现变速扎穴,满足喷肥针在入土与出土过程中水平绝度速度趋近于零的特定要求,达到穴口最小.以喷肥针垂直姿态扎穴并满足小穴口为设计目标,建立机构数学模型,以扎穴机构转速120 r/min、前进速度1.2 m/s和扎穴深度80 mm为约束条件,得到机构的结构参数为卵形齿轮长半轴距离39.9 mm、偏心率0.15、正圆齿轮节曲线直径68 mm和喷肥针长度140 mm,并运用ADAMS软件进行虚拟试验验证.通过高速摄像与扎穴试验,得到喷肥针在前进速度1.2 m/s、扎穴转速120 r/min与扎穴深度80 mm下的轨迹形状、水平绝对速度曲线以及穴口宽度.结果表明,卵形-全正圆齿轮行星系变速扎穴机构在高转速与前进速度下,喷肥针始终保证垂直姿态入出土,实现了小穴口的目标....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:针对水稻直播施肥过程中存在肥料用量大、化肥利用率低等问题,根据水稻精量穴直播与侧深穴施肥的农艺要求,开发了一套水稻精量穴直播机电驱式侧深穴施肥系统.采用液压自平衡方式设计全方位仿形系统,对机具在作业环境中实时自动调节,保证播种、施肥作业质量;采用圆弧函数曲线优化设计施肥沟开沟器,在距垄台上芽种行水平距离30 mm处开出宽50 mm、沟型平整的施肥沟;采用电力驱动方式设计电动式外槽轮排肥器,根据需要对每个排肥器独立调节,与配套的电动部件相连,将肥料成穴施入施肥沟底.田间试验表明,在机具前进速度为2.48 km/h,排种器、排肥器工作转速均为29 r/min,施肥深度为50 mm的最优工作条件下,穴播种量、穴施肥量合格率分别为86.73%、87.49%,施肥与播种穴距匹配,各行播种、施肥穴距合格率均为100%,播种、施肥穴距变异系数分别为17.2%、16.5%,芽种破损率为0.31%;并对排种器、排肥器在14~36 r/min工作转速范围内进行可行性验证试验,施肥系统可与水稻精量穴直播机配套,同步完成开沟、侧深穴施肥、覆泥、起垄和精量穴直播多项作业工序,各项性能指标均满足水稻直播、施肥的农艺要求.该研究可为水稻精量穴直播机及其施肥关键部件的设计和评价提供参考....
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EI CSTPCD 北大核心
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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....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:为提高水田深施肥的施肥质量,设计了一种叶片调节式水田侧深施肥装置.应用水田侧深施肥肥量调节装置计算机优化软件V1.0优化求解施肥量调节机构结构参数,通过施肥量调节机构受力分析,确定步进电动机的输出扭矩应大于680 N· mm.建立叶片调节式侧深施肥装置仿真模型,应用离散元EDEM软件进行排肥虚拟试验,分析螺旋钢丝和毛刷在工作时受到肥料颗粒的作用力,从而确定肥箱直流电动机和防堵装置直流电动机的输出扭矩应分别大于5 345 N·mm和8 N·mm.通过JPS-12型排种性能检测试验台对槽轮式和叶片调节式水田侧深施肥装置进行施肥性能研究,获得了槽轮式水田侧深施肥装置的槽轮转速和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律,以及叶片调节式水田侧深施肥装置的开口直径和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律.对比试验结果表明:叶片调节式水田侧深施肥装置施肥稳定性和施肥均匀性指标满足国家标准要求,在施肥质量上优于槽轮式水田侧深施肥装置,施肥能力满足农艺要求....
摘要:为提高机械式玉米排种器作业质量与适播范围,设计了一种基于限位导引的动定指勺夹持式玉米精量排种器,阐述了排种器总体结构及工作原理,优化了关键部件指勺种盘和限位导引总成结构参数.以排种器工作转速和调控摆臂调节尺寸为试验因素,株间合格指数和变异系数为试验指标,进行了单因素试验分析各因素对性能指标的影响规律.试验结果表明,排种器对各等级尺寸玉米种子均具有良好的适应性.为研究排种器最佳工作参数,采用多因素二次正交旋转组合设计试验,建立了性能指标与试验参数间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件对试验结果进行处理分析,对回归模型进行优化验证.试验结果表明,当工作转速为30.5 r/min,调节尺寸为12.0 mm时,对圆形大粒玉米种子作业性能最优,其合格指数为88.41%,变异系数为12.32%,满足精量播种作业要求....
摘要:水田机械除草技术是提高稻米品质的一项重要生产技术,在水稻生长过程中进行机械除草作业,既去除杂草同时又实现了稻田的中耕管理,降低了长期以来化学除草带来的负面环境影响.目前,稻田机械除草技术在对行间杂草去除方面的研究较为成熟,株间杂草去除成为重点的研究方向.为此,设计了一种株间除草关键部件(即除草盘),并对除草盘上弹齿齿形进行了选型,对弹齿安装方式进行分析.按照确定的结构制造了除草盘,进行了室内土槽试验,表明该种形式的除草盘具有较好的除草效果....
摘要:针对目前水田农用底盘通用性差、转弯半径大、离地间隙低、田间行驶及爬坡越埂稳定性差等问题,结合东北地区水稻种植模式和农艺要求,该文设计了一种高地隙折腰式水田多功能动力底盘,阐述分析了底盘整体结构、传动系统与工作原理.在静态弯曲和扭转工况下进行了有限元分析,得到了满载量化状态下车架载荷分布和薄弱部位,有限元分析表明:在满载弯曲工况下,车架所受最大应力发生在平衡装置摇摆轴处为130.70 MPa,最大位移发生在后车架发动机安装梁处为1.56 mm;在满载扭转工况下,车架所受最大应力发生在右后悬架与纵梁连接处为255.44MPa,最大位移发生在车架左纵梁与后横梁连接处为9.44 mm,为后续开展车架薄弱区域的改进与轻量化设计提供重要依据.在此基础上,对动力底盘的转向性能、行驶性能和越埂性能进行了理论分析,并以行驶速度、最小转弯半径、最大爬坡角和最大越埂高度为试验指标,进行了田间性能试验.试验结果表明:多功能动力底盘田间道路行驶速度范围为1~14 km/h,水田行驶速度范围为1~6 km/h,水田行驶最小转弯半径为3 200mm,最大爬坡角为56°,最大越埂高度为533mm,整机工作性能满足田间管理作业要求,提高了水田综合作业的高效性和适用性,实现动力底盘的一机多用.该研究可为水田田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑....
摘要:为获得筑埂作业时土壤对其关键部件镇压筑埂装置的作用力,以1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机筑埂装置为研究载体,采用应变传感器设计了镇压筑埂装置动力学参数测试系统,并搭建动力学测试试验台.对镇压筑埂装置的工作参数进行测试,以镇压筑埂装置前进速度和转速为试验因素,以田埂成型过程中土壤对弹性羽片作用力和田埂坚实度为性能指标进行单因素试验,获得弹性羽片受土壤作用力、田埂坚实度与镇压筑埂装置前进速度、转速之间的关系.试验结果表明:当镇压筑埂装置转速一定时,随着机具前进速度的增加,土壤对弹性羽片作用力平均值增大,田埂坚实度减小,变化范围分别为:2838.1 ~5695.2N和2250 ~1680 kPa;当机具前进速度一定时,随着镇压筑埂装置转速的增加,土壤对弹性羽片的作用力平均值与所筑田埂坚实度均增大,变化范围分别为:3203.8~5990.3N和1460 ~2180 kPa.经试验验证,工作参数测试系统的设计符合实际要求,为类似结构装置的相关参数测试提供了参考....
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