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基于Bezier曲线的油菜旋转盘式精量集排器设计与试验

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农业机械学报 2022年第7期53卷 56-66,83页

作者：姚露廖庆喜沈文惠王磊李蒙良胡乔磊华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对现有油菜机械离心式集排器分种机构种子流分配不均导致各行排量一致性较低的问题,设计了一种基于Bezier曲线模型的旋转盘式精量集排器。阐述了集排器的工作原理,利用Bezier曲线切矢性及无曲率突变特性构建了其分种装置导叶曲线参数... 详细信息

针对现有油菜机械离心式集排器分种机构种子流分配不均导致各行排量一致性较低的问题,设计了一种基于Bezier曲线模型的旋转盘式精量集排器。阐述了集排器的工作原理,利用Bezier曲线切矢性及无曲率突变特性构建了其分种装置导叶曲线参数方程,建立种子在旋转盘上的力学模型,确定了影响分种性能的关键结构参数及范围。运用EDEM离散元仿真软件开展了导叶各结构参数对各行排量一致性变异系数影响的二次正交组合试验,结果表明:影响各行排量一致性变异系数的因素主次顺序为导叶入口角、导叶出口角、导叶叶片数及导叶包角,且较优参数组合为导叶入口角36°、出口角26°、包角55°、叶片数8。基于较优参数组合开展集排器在不同转速下的排种性能台架验证试验,结果表明:集排器可根据播量需求适应不同转速范围,当转速为60~100 r/min时,油菜各行排量一致性变异系数低于3.9%、单行排量稳定性变异系数低于4.6%、破损率低于0.5%。田间试验表明,机组作业速度为4.15 km/h时,油菜各行植株分布一致性变异系数低于14%,满足油菜播种要求。

关键词：油菜精量集排器旋转盘 Bezier曲线导叶构型

颗粒化肥水平气送式螺旋组合可调定量供肥装置设计与试验

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农业工程学报 2018年第19期34卷 9-18页

作者：雷小龙李蒙良张黎骅任万军四川农业大学机电学院雅安625014 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室成都611130

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,... 详细信息

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,确定了其主要结构参数,构建了颗粒化肥组合体在肥料充填区和投肥区的力学模型。应用台架试验研究了螺旋式排肥轮数量和转速对供肥速率及供肥稳定性变异系数的影响。结果表明:倾斜螺旋状型孔结构有利于充肥和排肥;螺旋式排肥轮数量和转速分别为1~4个和10~40 r/min条件下,供肥速率随螺旋式排肥轮数量与转速增加而增加,供肥速率范围为912.67~13 164.26 g/min。螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥,3种颗粒化肥的供肥速率之间的差值低于5%。构建了螺旋式排肥轮数量和转速与供肥速率的回归预测模型,在目标施肥量150~750 kg/hm2和拖拉机前进速度2.52~5.88 km/h条件下,供肥速率试验值与模型预测值的偏差在3%以内,供肥稳定性变异系数低于1.0%。田间试验结果表明,颗粒化肥实际施用量与模型预测值相对误差为3.54%。该研究提出的倾斜螺旋状型孔和组合排肥轮结构可满足农业生产的变量、定量集中供肥要求,可为颗粒化肥水平气送式集中排肥器结构设计提供参考。

关键词：农业机械设计试验倾斜螺旋状型孔集中排肥器颗粒化肥

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气体传感器鉴别花椒产地研究

农业工程学报 2019年第18期35卷 267-272页

作者：庞涛杨霄陈晓燕陶怀亮李蒙良四川农业大学机电学院雅安625000 四川农业大学信息工程学院雅安625000 四川农业大学农业信息工程四川省重点实验室雅安625000

目前花椒产地鉴别基本以感官评定为主,缺乏客观性,在实施应用时难以做到量化和标准化,难以做出判断。因此设计研发一种快速鉴别花椒的智能装置。该装置以气体传感器阵列为核心,能够独立对花椒气味信息进行检测和鉴别,区分不同产地的同... 详细信息

目前花椒产地鉴别基本以感官评定为主,缺乏客观性,在实施应用时难以做到量化和标准化,难以做出判断。因此设计研发一种快速鉴别花椒的智能装置。该装置以气体传感器阵列为核心,能够独立对花椒气味信息进行检测和鉴别,区分不同产地的同类花椒。利用主成分分析和WilksΛ统计分析对检测数据进行处理。提取主成分5个,累积贡献率为94.41%,其对应Fisher判别模型训练集平均准确率达到88.6%,验证集90%,WilksΛ统计分析最终选取8个变量,其对应判别Fisher模型训练集平均准确率91.82%,验证集95%。对WilksΛ统计所选取变量建立细分类交叉验证的Fisher判别模型,平均正确率达到97.27%,将模型移植到采集装置,完成智能花椒品种鉴别装置。该方法是一种简便高效的花椒品种鉴别方法,可为今后进一步研究花椒产地、分级提供检测仪器和理论依据。

关键词：传感器农作物气体监测器花椒产地鉴别 Fisher判别

稻麦油兼用高速气送式集排器型孔轮设计与试验

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农业工程学报 2023年第14期39卷 35-48页

作者：李晓冉廖庆喜王磊李蒙良杜文斌华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对水稻、小麦、油菜种子播量要求和外形尺寸差异大且稻麦种子流动性不足,导致气送式集排器兼用性不足、高速供种稳定性不佳的问题,该研究设计了一种稻麦油兼用型孔轮。阐述了高速供种工作原理,开展了供种环节充种、携种、投种阶段力... 详细信息

针对水稻、小麦、油菜种子播量要求和外形尺寸差异大且稻麦种子流动性不足,导致气送式集排器兼用性不足、高速供种稳定性不佳的问题,该研究设计了一种稻麦油兼用型孔轮。阐述了高速供种工作原理,开展了供种环节充种、携种、投种阶段力学分析,基于最速降线原理设计了型孔壁面曲线,运用EDEM仿真对比分析了不同转速条件下种群运动状态。通过台架试验明确供种速率和供种稳定性较优的转速范围,并构建了稻麦油供种速率回归模型。台架试验结果表明:对于水稻和小麦种子,型孔轮个数16、供种转速30~50 r/min和50~70 r/min时,供种速率稳定性变异系数小于1%,水稻、小麦的供种速率分别为1050.62~1535.87 g/min和4171.82~5073.76 g/min;对于油菜种子,型孔轮个数为1,供种转速为20~30 r/min时,供种速率稳定性变异系数小于0.5%,供种速率为160.42~227.45 g/min;稻麦油供种速率回归模型预测值与试验值相对误差小于2%。水稻旱直播、小麦、油菜田间播种试验表明,作业速度在8~10 km/h时,集排器总排量稳定性变异系数分别为1.32%、1.16%和1.07%,满足稻麦油兼用播种作业标准要求。研究结果可为高速兼用气送式集排器结构改进提供参考。

关键词：农业机械试验稻麦油兼用高速气送式集排器供种装置型孔轮最速降线

基于RTK测速的油菜直播机随速可控可调排种控制系统研究

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农业机械学报 2024年第9期55卷 65-74页

作者：廖庆喜罗湛程杨恒李蒙良沈文惠王磊华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜精量直播机连续作业过程中设定作业速度条件下,作业速度波动导致排种量与目标播量不一致的问题,设计了一种基于“RTK测速+落种检测+电机实时调控”的油菜精量直播机随速可控可调排种控制系统,确定了影响调速性能的关键参数,构... 详细信息

针对油菜精量直播机连续作业过程中设定作业速度条件下,作业速度波动导致排种量与目标播量不一致的问题,设计了一种基于“RTK测速+落种检测+电机实时调控”的油菜精量直播机随速可控可调排种控制系统,确定了影响调速性能的关键参数,构建了步进电机调速模型;运用GNSSToolKitLite上位机开展ZED-F9P GNSS模块静态速度漂移试验,得到该模块静态速度漂移量服从均值为0.054 m/s、方差为0.029 m^(2)/s^(2)的正态分布。利用自动数粒仪与JPZS-16型排种性能试验台进行试验,得到正负气压组合式排种器转速为5~60 r/min时,落料计数器播种量检测值与实际值平均绝对误差小于10%;通过台架试验确定了不同排种器调速模型,得到不同排种器最佳工作转速、电机转速与目标播量的函数关系。不同排种器随速控制适应性台架试验结果表明:当作业速度为3~12 km/h时,系统搭载高速机械离心式与油麦兼用气送式排种器总排量稳定性变异系数小于1.21%。田间试验结果表明:当作业速度为5~12 km/h时,本系统搭载高速机械离心式与窝眼轮式排种器总排量稳定性变异系数小于9.7%,满足随速播种要求,可为油菜精量播种控制系统结构改进提供参考。

关键词：油菜直播机控制系统可控可调播量调控 RTK测速原理

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油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

农业机械学报 2021年第11期52卷 68-77页

作者：肖文立廖宜涛单伊尹李蒙良王磊廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距... 详细信息

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24 mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57 g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30 r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87 kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。

关键词：油菜排肥器一器双行定量施肥多头螺旋

油菜直播机旋切式微垄种床制备装置设计与试验

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农业机械学报 2023年第5期54卷 47-58,90页

作者：李蒙良廖庆喜裴立民廖宜涛王磊张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游油菜适播期持续干旱或降雨导致土壤含水率波动大影响油菜成苗的实际情况,探究油菜农机农艺融合模式,提出一种旋耕碎土、两侧开畦沟、厢面旋切微垄、微垄表面播种的油菜微垄直播工艺,设计一种油菜直播机旋切式微垄种床制... 详细信息

针对长江中下游油菜适播期持续干旱或降雨导致土壤含水率波动大影响油菜成苗的实际情况,探究油菜农机农艺融合模式,提出一种旋耕碎土、两侧开畦沟、厢面旋切微垄、微垄表面播种的油菜微垄直播工艺,设计一种油菜直播机旋切式微垄种床制备装置。根据油菜直播株行距配置、根系生长特点,结合垄作土壤水热特性,确定微垄几何尺寸;基于运动学解析腹板端点旋切土壤的运动规律和腹板滚动包络线,从结构角度定性分析被动旋转过程并确定回转半径、腹板数量、腹板顶角范围;利用DEM-MBD耦合仿真,进行单因素试验和正交旋转回归试验,从土壤角度定量研究了腹板数量、腹板顶角、旋切深度、前进速度对微垄成形的影响规律,并得到装置腹板数量分别为6和8的较优工作参数组合;田间试验使用Trimble TX8三维激光扫描仪重构装置作业后微垄厢面,与仿真结果进行对比分析。结果表明,腹板数量分别为6和8时较优工作参数组合为:腹板顶角、旋切深度、有效沟深分别为28.00°、100 mm、83.59 mm和26.50°、92 mm、64.26 mm,田间试验微垄沟深和微垄距平均值为103.08、85.16 mm和332.92、266.88 mm,与仿真结果最大误差为8.25%,微垄合格率分别为100%和90%。

关键词：油菜直播机微垄 DEM-MBD耦合旋切种床制备

油菜机直播微垄种床制备过程旋耕后土壤离散元参数标定

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农业工程学报 2023年第20期39卷 10-19页

作者：李蒙良王立宗廖庆喜廖宜涛肖文立张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜直播机微垄种床制备过程离散元仿真缺乏旋耕后土壤颗粒模型、无有效接触参数、数值模拟不准确等问题,该研究开展了旋耕后土壤离散元接触参数标定与试验。基于土壤塑限,确定仿真接触模型为Hertze-Mindlin(no slip),根据油菜直播... 详细信息

针对油菜直播机微垄种床制备过程离散元仿真缺乏旋耕后土壤颗粒模型、无有效接触参数、数值模拟不准确等问题,该研究开展了旋耕后土壤离散元接触参数标定与试验。基于土壤塑限,确定仿真接触模型为Hertze-Mindlin(no slip),根据油菜直播机旋耕后的土样信息,利用EinScan-Pro三维扫描仪和EDEM颗粒填充功能,重建土壤颗粒并生成考虑颗粒形状和不同粒径质量占比的离散元颗粒模型;以堆积角为目标,通过二水平析因试验分析静摩擦、滚动摩擦、碰撞恢复系数的显著性,对显著因素进行最陡爬坡试验缩小求解范围,再通过二次正交旋转回归试验求解较优参数组合为:碰撞恢复系数0.350,静摩擦系数0.351,滚动摩擦系数0.257。使用PIVlab工具和Trimble TX8三维激光扫描仪得到微垄种床制备装置田间作业时土块颗粒运动速度和作业后地貌,并与离散元仿真结果进行对比。结果表明:在微垄制备的贯入包络和成形回落阶段,土壤颗粒运动速度与仿真结果一致,最大误差为0.10 m/s;微垄距误差随腹板数量增加而增大,误差为8.25%,标定参数准确。研究结果可为油菜微垄种床制备机具触土部件机理探究和结构改进提供参考。

关键词：土壤离散元参数标定油菜微垄床旋耕

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水稻无人机撒肥系统设计与试验

农业机械学报 2021年第3期52卷 88-98页

作者：任万军吴振元李蒙良雷小龙朱世林陈勇四川农业大学四川省作物生理生态及栽培重点实验室成都611130 四川农业大学机电学院雅安625014

针对水稻穗肥撒施效率和机械化程度低的问题,为提高无人机撒肥均匀性,基于多旋翼无人机平台设计了一种水稻撒肥系统,确定了离心盘、流量调节装置等主要结构参数,同时应用EDEM软件仿真分析了离心盘转速、落入位置角、肥料流量、无人机飞... 详细信息

针对水稻穗肥撒施效率和机械化程度低的问题,为提高无人机撒肥均匀性,基于多旋翼无人机平台设计了一种水稻撒肥系统,确定了离心盘、流量调节装置等主要结构参数,同时应用EDEM软件仿真分析了离心盘转速、落入位置角、肥料流量、无人机飞行速度和飞行姿态对肥料分布的影响。试验表明:肥料分布呈同心圆时,撒肥有利于幅宽边界确定;幅宽随着离心盘转速的增加而增大,肥料分布峰值随流量增大由左侧逐渐变为右侧;撒肥均匀性随流量增加呈先增、后减的趋势,无人机俯仰角与横滚倾斜角对肥料分布均有影响,俯仰造成肥料向中部堆积,横滚使肥料向单侧堆积。肥料流量、无人机飞行速度和离心盘转速与落入位置角均存在交互作用,对撒肥均匀性有显著影响。当落入位置角为40°、离心盘转速为1 100 r/min、肥料流量为3 460颗/s、飞行速度为5 m/s时,撒肥性能最佳,此时变异系数为8.86%。田间试验结果表明,无人机施肥效率约为人工施肥的12.5倍。本研究为水稻穗肥的机械化施用提供了解决方案,可为水稻穗肥的无人机撒肥系统设计提供参考。

关键词：水稻穗肥撒肥系统多旋翼无人机离散元法均匀性