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基于Tavares模型的多面体棉籽离散元参数标定与试验

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农业机械学报 2024年

作者：李元超田辛亮赵岩刘学虎周脉乐戴馥霜王文哲石河子大学机械电气工程学院石河子大学农业农村部西北农业装备重点实验室江苏大学农业工程学院

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题，本文以新陆早84号棉籽为研究对象，结合物理试验与仿真试验，对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术，使用Soildworks 2022中的网格建模功能，快速建立棉籽多面体模型。... 详细信息

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题，本文以新陆早84号棉籽为研究对象，结合物理试验与仿真试验，对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术，使用Soildworks 2022中的网格建模功能，快速建立棉籽多面体模型。采用堆积角试验，对棉籽种间参数进行标定，得到棉籽-棉籽碰撞恢复系数、棉籽-棉籽静摩擦因数、棉籽-棉籽滚动摩擦因数的最优参数组合为0.106、0.248、0.105，仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.28%，证明棉籽种间参数准确。通过单颗粒压缩试验，对Tavares模型参数进行标定，以棉籽破碎力与破碎能为指标进行验证，结果表明棉籽破碎力与破碎能相对误差分别为2.37%和2.87%，说明构建的棉籽模型和Tavares模型参数可以表征棉籽压缩破碎过程。

关键词：棉籽离散元 Tavares模型参数标定破碎仿真

旱地钵苗移栽复式作业机栽植机构优化设计与试验

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农业机械学报 2022年第7期53卷 67-73页

作者：那明君滕乐周坤王金武董欣周脉乐东北农业大学工程学院哈尔滨150030 江苏大学农业工程学院镇江212013

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器... 详细信息

为节省工时,提高劳动效率,提出了一种旱地钵苗移栽复式作业机;并针对作业机栽植轨迹不理想导致钵苗栽植合格率低以及栽植器粘土堵塞导致漏苗率高的问题,优化设计了移栽复式作业机栽植机构。该机构由曲柄、平行摇杆、摆杆及夹指式栽植器构成,实现接苗、运苗、扶苗栽植和复位功能,使栽植轨迹和运动姿态满足栽植农艺要求。夹指式栽植器为敞开式结构,夹指在注水冲刷与闭合瞬间振动的作用下,解决了传统鸭嘴栽植器粘土堵塞的问题。建立栽植机构运动学模型,基于Visual Basic 6.0开发计算机辅助优化设计软件,多目标参数优化设计得出满足农艺要求的移栽运动轨迹和栽植机构参数;建立栽植机构三维模型,利用ADAMS运动学仿真分析,验证了栽植机构优化设计的合理性;样机田间试验表明,在钵苗高度约为15 cm、作业速度20 m/min工况下,钵苗栽植合格率达98.1%、漏苗率0.4%、株距变异系数4.3%、栽植深度合格率96.5%,满足旱地钵苗移栽要求。

关键词：旱地钵苗移栽夹指式栽植器复式作业

基于机器视觉的旱地移栽横向精准供苗系统研究

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农机化研究 2023年第3期45卷 29-35页

作者：滕乐刘中原周坤那明君董欣周脉乐东北农业大学工程学院哈尔滨150030 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

针对目前全自动旱地移栽机因钵苗播种或生长偏离盘穴横截面中心而无法精准供苗导致取苗过程中伤苗、漏苗的问题,提出了一种基于机器视觉识别控制的横向精准供苗系统。系统实时提取苗盘横截面图像,使用OpenCV经图像预处理后利用GrabCut... 详细信息

针对目前全自动旱地移栽机因钵苗播种或生长偏离盘穴横截面中心而无法精准供苗导致取苗过程中伤苗、漏苗的问题,提出了一种基于机器视觉识别控制的横向精准供苗系统。系统实时提取苗盘横截面图像,使用OpenCV经图像预处理后利用GrabCut算法进行图像分割以获取钵苗茎秆图像;将分割后的图像进行轮廓检测,建立钵苗茎秆轮廓的外接矩形,获取秧苗茎秆相对图像中心取苗点偏移的矢量距离;经过Jetson nano处理器信息整合处理,利用STM32单片机产生PWM信号,动态调控直线滑台内步进电机转速和转动角度来移动秧箱,使每株秧苗被横向供给至预定取苗点,从而实现精准取苗。同时,对供苗系统进行了整体设计,完成了三维建模,并搭建精准供苗试验台进行试验。试验结果表明:在不同的移箱速度下,系统平均精准供苗合格率达93.1%,满足移栽生产作业的要求,可显著提高取苗质量。

关键词：旱地钵苗移栽机器视觉精准供苗

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探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构优化设计与试验

农业机械学报 2020年第1期51卷 77-83页

作者：周脉乐薛向磊钱孟波尹大庆东北农业大学工程学院哈尔滨150030 东北农业大学北方寒地现代农业装备技术重点实验室哈尔滨150030 浙江农林大学工程学院杭州311300

针对回转式蔬菜钵苗扎穴移栽机构破坏钵体完整性、穴口不对称造成栽植直立度差、打孔和栽植过程同时进行影响栽植质量等问题,提出了一种探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构。该机构可交替实现打孔和栽植过程,移栽臂栽植时,打孔器在前一株钵苗... 详细信息

针对回转式蔬菜钵苗扎穴移栽机构破坏钵体完整性、穴口不对称造成栽植直立度差、打孔和栽植过程同时进行影响栽植质量等问题,提出了一种探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构。该机构可交替实现打孔和栽植过程,移栽臂栽植时,打孔器在前一株钵苗栽植位置完成打孔,保证了栽植时序且穴口对称,土壤回流均匀,有利于保证栽植直立性。在取苗位置执行探出式夹取苗钵动作,以保护苗钵基质的完整性。基于探出式蔬菜钵苗打孔移栽机构的运动学机理分析开发了优化设计软件,并完成了优化设计。开展了移栽机构的虚拟仿真试验和系列台架试验,分析了在取苗、打孔和栽植等关键位置的位姿。轨迹与位姿验证试验表明,该机构形成的特定轨迹和位姿可依次完成取苗、输送、打孔和栽植等动作。取苗试验表明,该机构可实现探出式取苗,有效保证了蔬菜钵苗基质的完整性。

关键词：种植机械蔬菜钵苗打孔移栽机构探出式

贝塞尔齿轮高速水稻钵苗移栽机构的机理分析与优化设计

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贝塞尔齿轮高速水稻钵苗移栽机构的机理分析与优化设计

作者：周脉乐浙江理工大学

学位级别：硕士

水稻种植农艺方式主要有两种：直播和移栽,移栽又分为插秧和钵苗移栽。在美国以及欧洲的一些“大农业”国家,主要采用直播方式。直播是将水稻种子直接抛洒于大田,是一种无序的种植方式,可以大大减少水稻种植的劳动强度,但不适合我国小... 详细信息

水稻种植农艺方式主要有两种：直播和移栽,移栽又分为插秧和钵苗移栽。在美国以及欧洲的一些“大农业”国家,主要采用直播方式。直播是将水稻种子直接抛洒于大田,是一种无序的种植方式,可以大大减少水稻种植的劳动强度,但不适合我国小田块种植的国情;毯状苗插秧是将培育好的毯状苗放在插秧机上,通过分插机构撕裂成秧块,栽植到大田的过程。毯状苗插秧容易伤秧,栽植后秧苗缓苗期长,不利于提高水稻产量;钵苗移栽是将培育好的带有营养土钵的壮苗移栽到大田的过程。水稻钵苗移栽将秧苗栽植到土温较高的地表,无缓苗期,具有分蘖早、根系发达、增产增收的优点。日本是最早开发钵苗移栽机并进入市场的国家,其钵苗移栽机采用三套机构或装置分别完成取秧、输送和栽植：取秧采用曲柄摇杆机构;输送采用带式输送装置;栽植采用回转式栽植装置。其机构复杂,造价高,效率低。为了改进市场上用三套机构或装置完成取秧、输送和栽植动作的钵苗移栽系统装置,本文开发了用一个回转机构同时完成以上三个动作的钵苗移栽机构。本文的主要研究内容如下：1)通过机构创新,将贝塞尔齿轮行星轮系不等速传动应用于水稻钵苗移栽机构的设计,发明了一种结构简单、造价低的旋转式移栽机构——贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构,一个机构可以完成取秧、输送和栽植三个动作,作业效率高。2)提出了新的非圆齿轮节曲线成型方法,该方法利用贝塞尔曲线拟合控制点得到非圆齿轮节曲线,并命名通过此方法设计的非圆齿轮为贝塞尔齿轮。3)推导了基于节曲线点集的非圆齿轮插齿加工数值计算模型,利用该方法对UG软件做二次开发,设计非圆齿轮三维成型软件,并获得软件著作登记权(登记号：2013SR000009)。4)介绍了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的组成与工作原理,建立了移栽机构的运动学模型,分析了各贝塞尔齿轮的转角和位移以及移栽臂部件尖点的位移和速度。5)根据移栽机构的运动学模型,基于VB可视化编程平台设计了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件,并获得软件著作登记权(登记号：2012SR066147)。利用该软件优化出一组满足水稻钵苗移栽要求的较优参数：r1=12.5mm,φ1=18.5°, r2=27.7mm,φ2=45°,r3=49.6mm,φ3=75.5°,r4=48.8,φ4=104.5°,r5=58.4mm,φ5=131.5,r6=47mm,φ6=165°,r7=18.2mm,φ7=195°,r8=11.9mm,φ8=224.5°, r9=27.7mm,φ9=255.5°,r10=60.5mm,φ10=28.5°,r11=47.8mm,φ11=316°,r12=23.7mm, φ12=345°,fai0=86°,det0=29°,S=150mm,H1=65mm,afai0=53°,H=190mm.6)在AutoCAD软件中完成了贝塞尔齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的二维结构设计;在UG软件中完成了移栽机构各零部件三维模型的建立,并装配成虚拟样机;在ADAMS软件中完成了移栽机构的虚拟样机仿真试验。7)研制了移栽机构的物理样机,利用高速摄影设备完成了移栽机构高速运转情况的拍摄,分析了移栽机构各关键位置的姿态和相对运动轨迹。8)在本课题组自主研发的移栽机械试验台架上,完成了移栽机构的取苗试验。

关键词：水稻钵苗移栽机构贝塞尔非圆齿轮虚拟仿真取苗试验

打结器支架精铸毛坯误差分析与五轴数控加工方法

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农业机械学报 2020年第12期51卷 417-424页

作者：周脉乐尹建军朱浩张建明江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏省泰州技师学院机械工程系泰州225300

针对打结器支架铸造毛坯存在误差、支架结构复杂、难以加工成型等问题,为了减小支架毛坯铸造误差对加工质量的影响,基于三维扫描技术对打结器支架毛坯进行逆向检测与分析,得到同一批次铸造支架毛坯的误差分布规律。通过推导不同空间坐... 详细信息

针对打结器支架铸造毛坯存在误差、支架结构复杂、难以加工成型等问题,为了减小支架毛坯铸造误差对加工质量的影响,基于三维扫描技术对打结器支架毛坯进行逆向检测与分析,得到同一批次铸造支架毛坯的误差分布规律。通过推导不同空间坐标系下的轴孔中心坐标变换规律,提出一种支架轴孔加工位置偏离理想位置的调整方法。针对打结器支架的5个空间交错轴孔和1个凸轮曲面,设计了打结器支架的专用夹具,制定了五轴数控加工工序,通过一次装夹可完成5个空间交错的轴孔和凸轮曲面的加工。将加工成型的支架和其他零部件组装成打结器,进行了方草捆打结试验,结果表明,打结器支架上各轴孔的相对位置与角度关系准确,打结动作精准、可靠,支架加工成品率为99%,方草捆成结率为100%。

关键词：方捆打捆机打结器支架数控加工成结试验

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水稻钵苗膜上移栽机构优化设计与试验

农业机械学报 2018年第4期49卷 87-93页

作者：赵匀刘志平辛亮周脉乐王杰东北农业大学工程学院哈尔滨150030

膜上栽植技术可以有效防止水土流失、有利于有机水稻种植,钵苗移栽可以提高产量。为了将两种农艺相结合,提出一种膜上开孔并实现水稻钵苗栽植的移栽机构,能有效避免因破膜与水稻栽植不同步而造成的秧苗损伤。分析了移栽机构的工作机理,... 详细信息

膜上栽植技术可以有效防止水土流失、有利于有机水稻种植,钵苗移栽可以提高产量。为了将两种农艺相结合,提出一种膜上开孔并实现水稻钵苗栽植的移栽机构,能有效避免因破膜与水稻栽植不同步而造成的秧苗损伤。分析了移栽机构的工作机理,建立了运动学分析模型,开发了计算机辅助分析优化设计软件,并得到一组满足膜上移栽要求的结构参数。建立三维模型,并利用ADAMS软件完成虚拟样机仿真。设计物理样机,进行高速摄影运动试验。样机试验结果与理论分析所得轨迹基本一致,验证了移栽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与膜上栽植试验,取苗成功率为92.8%,膜上栽植的合格率为90%,满足膜上移栽的作业要求,验证了水稻钵苗膜上移栽机构的可行性。

关键词：移栽机构水稻钵苗膜上栽植优化设计试验

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新工科新农科融合的涉农专业集群建设

中国高等教育 2021年第5期 10-12页

作者：贾卫东周脉乐袁寿其江苏大学

江苏大学打造了新工科和新农科相互融合的学科专业“新结构”,构建了工程教育人才培养的“新模式”。同时,以“现代农业机械设计”为中心,强化“农机农艺融合”、“农业装备智能化”两个支撑点,建设“现代农机”一流涉农专业集群,为培... 详细信息

江苏大学打造了新工科和新农科相互融合的学科专业“新结构”,构建了工程教育人才培养的“新模式”。同时,以“现代农业机械设计”为中心,强化“农机农艺融合”、“农业装备智能化”两个支撑点,建设“现代农机”一流涉农专业集群,为培养“知农、爱农、为农”的新型农林人才贡献“江大力量”。

关键词：新工科新农科涉农专业人才培养专业集群

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旱田钵苗移栽机纵向送苗机构优化设计与试验

农业机械学报 2020年第2期51卷 76-84页

作者：薛向磊王磊许春林周脉乐赵匀东北农业大学工程学院哈尔滨150030 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018

针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设... 详细信息

针对传统方法设计纵向送苗机构难度大,缺少适用于高效旱田钵苗移栽机的纵向送苗机构的问题,设计了一种棘轮连杆式钵苗移栽机纵向送苗机构。根据机构特点与旱田钵苗移栽纵向送苗要求,建立了运动学模型与优化目标,设计纵向送苗机构优化设计软件,得出满足设计要求的结构参数。建立了机构三维模型,试制了物理样机。根据软件优化结果,运用二次正交旋转中心组合试验方法对棘轮结构进行优化设计,以棘轮驱动面高度x1、棘轮定位面高度x2、取苗转速x3为试验因素,以送苗成功率y为试验指标,进行了参数优化试验,结果表明:x1=2.32 mm、x2=3.5 mm、x3=100 r/min时,送苗成功率达到99.85%。取x1=2.3 mm、x2=3.5 mm、x3=100 r/min进行验证试验,得出送苗成功率为99.17%,结果满足设计要求。

关键词：旱田钵苗移栽机纵向送苗机构优化设计试验