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气吹梳刷组合式葡萄藤防寒土清除机研制

中国农机化学报 2022年第1期43卷 47-54页

作者：牛丛曾鉴徐丽明马帅闫成功赵诗建中国农业大学工学院北京市100083

针对中国北方葡萄春季清土作业中存在的刚性清土部件易损伤葡萄藤、作业效率低等问题,设计一种气吹梳刷组合式葡萄藤防寒土清除机,由机架、清土刷总成、高压风机总成和传动机构等组成。清土刷与高压气流联合清除贴近葡萄藤的土壤,有效... 详细信息

针对中国北方葡萄春季清土作业中存在的刚性清土部件易损伤葡萄藤、作业效率低等问题,设计一种气吹梳刷组合式葡萄藤防寒土清除机,由机架、清土刷总成、高压风机总成和传动机构等组成。清土刷与高压气流联合清除贴近葡萄藤的土壤,有效减少葡萄藤的损伤。分析确定清土刷总成为双层结构,高压风机选用稳赫8-09型,出风口为圆柱形万向球铰结构,出风口方位调节装置可实现出风口在三维空间内角度和高度的调节。分析确定影响高压气流喷射方向即出风口方位的3个参数,包括出风口中轴线沿z轴的投影与x轴的夹角α、出风口中轴线沿x轴的投影与z轴的夹角β以及出风口前端在土垄侧边的对应点H。结合前期研究基础,加工样机并以清土合格率作为评价指标,采用拟水平法设计试验对出风口方位进行优化。对试验结果进行方差分析可知决定出风口方位的3个参数由大到小依次为α、β、H,较优参数组合为:α为30°,β为60°,H为中点,此时清土合格率为89.3%。根据优化结果调整出风口方位,进行整机作业性能测试试验,得到平均清土合格率为91.3%,作业过程中基本不损伤葡萄藤,作业效率为人工作业效率的50倍,清土效果好,满足作业要求。研究结果可为北方葡萄清土作业提出新的发展思路,为后续葡萄清土机械的研究提供参考。

关键词：葡萄藤清土气吹梳刷拟水平法

猕猴桃株间机械避障除草机作业性能优化与试验

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农机化研究 2023年第10期45卷 134-142页

作者：赵诗建卢彩云李守忠徐丽明马帅牛丛闫成功谭好超中国农业大学工学院北京100083

现有果园株间机械避障除草机针对树干直径不同的果树均采用同一刚性系数弹簧,无法适应不同直径树干弯曲载荷承受能力,树干直径较小的果树损伤严重,树干直径较大的果树除草作业覆盖率有待提高。针对上述问题,在前期研究机械结构基础上,... 详细信息

现有果园株间机械避障除草机针对树干直径不同的果树均采用同一刚性系数弹簧,无法适应不同直径树干弯曲载荷承受能力,树干直径较小的果树损伤严重,树干直径较大的果树除草作业覆盖率有待提高。针对上述问题,在前期研究机械结构基础上,依据不同直径猕猴桃树干弯曲载荷承受能力,确定不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数与机器作业速度的最优工作组合,以保证不损伤果树的前提下达到较高除草作业覆盖率和机器作业效率。利用电子万能材料试验机进行猕猴桃树干弯曲试验,测定不同直径树干临界弯曲载荷;利用Recurdyn模拟机械避障过程,在最大机器作业速度440mm/s下对不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数进行标定;以机器作业速度为试验因素、除草作业覆盖率为评价指标进行仿真试验,确定不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数与机器作业速度的最优工作参数组合。以仿真试验得出最优工作参数组合进行田间验证试验,结果表明:除草作业覆盖率均可达90%以上,仿真试验相对于田间试验的最大偏差为3.13%,且对果树零损伤。研究可为果园株间除草作业机械化的发展提供参考。

关键词：除草机机械避障株间优化设计

葡萄株间除草机精准避障控制系统优化设计与试验

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农业工程学报 2021年第15期37卷 31-39页

作者：徐丽明赵诗建马帅牛丛闫成功卢彩云中国农业大学工学院北京100083

现有篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机避障系统采用开关控制避障动作,由于避障行程固定,无法根据障碍物位置精确控制避障动作行程,导致除草效果不佳。针对上述问题,该研究在先前研究的基础上,依据仿形控制原理对避障控制系统... 详细信息

现有篱架式栽培葡萄双边作业株间自动避障除草机避障系统采用开关控制避障动作,由于避障行程固定,无法根据障碍物位置精确控制避障动作行程,导致除草效果不佳。针对上述问题,该研究在先前研究的基础上,依据仿形控制原理对避障控制系统进行优化,设计一种由避障信号采集部分、程序控制部分、液压执行部分、避障监测反馈部分等组成的精准避障控制系统。基于精准避障工作要求,确定避障动作闭环控制方案;优化液压回路结构,液压与电控结合实现精准避障控制;对精准避障控制程序进行静态标定和PID参数整定;利用Recurdyn对障碍物呈直线排列状态下除草机的精准避障作业进行模拟仿真,并通过分析除草刀盘运动轨迹选取较优除草刀盘转速;以机器作业速度为试验因素,除草作业覆盖率和果树损伤率为评价指标进行田间试验。试验结果表明,当机器作业速度为380 mm/s时,除草作业覆盖率与作业效率综合效果最佳,试验得到平均除草作业覆盖率为93.97%,较先前研究提高4.39%,果树损伤率为1.92%,除草机可良好实现避障除草作业。该研究可为果园株间除草机的进一步优化提供参考。

关键词：农业机械机械化精准避障 PID控制株间除草机优化设计

基于双目视觉的葡萄园变量喷雾控制系统设计与试验

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农业工程学报 2021年第11期37卷 13-22页

作者：闫成功徐丽明袁全春马帅牛丛赵诗建中国农业大学工学院北京100083

为提高果园喷雾装备的精准化并提高农药利用率,该研究基于3WF-400Z型风送式果园喷雾机,设计了一套葡萄园自动变量喷雾控制系统。系统选用双目相机实时探测葡萄叶幕深度并结合喷雾机前进速度计算冠层体积,通过脉宽调制(Pulse Width Modul... 详细信息

为提高果园喷雾装备的精准化并提高农药利用率,该研究基于3WF-400Z型风送式果园喷雾机,设计了一套葡萄园自动变量喷雾控制系统。系统选用双目相机实时探测葡萄叶幕深度并结合喷雾机前进速度计算冠层体积,通过脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制各电磁阀占空比实现药液的变量喷洒。提出冠层体积计算方法并在葡萄园中进行体积探测精度试验,相机探测结果与手动测量结果的线性拟合决定系数为0.933。通过试验标定确定流量调控模型,在静态条件下对控制系统的变量喷雾一致性进行测试,试验结果表明,冠层体积大于0.036 m3时单喷头实际流量与理论流量的线性拟合决定系数为0.990。田间变量喷雾试验结果表明,与常量喷雾相比,所设计的变量喷雾系统在保证药液覆盖率和沉积量基本不变的情况下,可以在一定程度上细化雾滴直径并增加雾滴密度,其中雾滴的数量中值直径(Number Median Diameter,NMD)和体积中值直径(Volume Median Diameter,VMD)分别减小了87.71和182.79μm,雾滴密度增加了79.31个/cm^(2),左、右两侧喷头的实际喷雾流量与理论预测流量的线性拟合决定系数分别为0.897和0.877,表明实际喷雾流量与理论预测流量具有较强的相关性。实际喷雾流量与冠层体积的总体变化趋势基本一致,变量喷雾模式下的用药量节省了约55.27%,表明所设计的变量喷雾控制系统可以根据冠层体积实现变量喷药。该研究可为果园病虫害防治提供新方法与新装备,为实现果园精准变量喷雾提供理论与方法参考。

关键词：设计试验变量喷雾冠层体积双目视觉深度探测脉宽调制葡萄园

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葡萄防寒布平整卷收速度控制系统设计与试验

农业工程学报 2021年第5期37卷 77-86页

作者：牛丛徐丽明袁全春马帅闫成功赵诗建中国农业大学工学院北京100083

针对中国新疆地区葡萄防寒布平整卷收难的问题,该研究分析了防寒布平整卷收原理,并设计了葡萄防寒布平整卷收速度控制系统。该系统可自动检测防寒布的卷收状态,在平整卷收状态时采用增量式PID算法输出PWM(Pulse Width Modulation)信号,... 详细信息

针对中国新疆地区葡萄防寒布平整卷收难的问题,该研究分析了防寒布平整卷收原理,并设计了葡萄防寒布平整卷收速度控制系统。该系统可自动检测防寒布的卷收状态,在平整卷收状态时采用增量式PID算法输出PWM(Pulse Width Modulation)信号,基于机具前进速度和布辊半径实现防寒布卷收速度的实时调节;在偏斜卷收状态时通过调节卷布辊轴转速改变卷布辊轴实时转速相对于目标转速的超前或滞后关系,使防寒布恢复平整卷收状态。通过在Simulink中建立电机PID控制模型进行仿真。通过直流电机转速静态标定试验得到电机转速与PWM信号占空比的对应关系。防寒布自动调偏性能试验验证了本文方法的可行性,优化得到激光开关传感器与防寒布边缘的距离为20mm。由直流电机转速调节性能试验对仿真试验结果进行校验,得到优化后的稳态响应时间约为0.4 s,响应延迟约为0.1 s。田间试验结果表明,防寒布卷收平整度均大于90%,平均为92.78%,满足防寒布卷收作业要求。研究结果可为葡萄防寒布回收机的设计与优化提供技术参考。

关键词：农业机械设计自动化葡萄防寒布回收 PID控制自动调偏

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

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农业机械学报 2020年第S1期51卷 195-202页

作者：袁全春徐丽明牛丛马帅闫成功赵诗建中国农业大学工学院北京100083

果园不同深度的土壤养分不同,果树根系分层吸肥能力不同,有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题,本文设计了排肥控制系统,可以根据用户设置的各层理论排肥... 详细信息

果园不同深度的土壤养分不同,果树根系分层吸肥能力不同,有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题,本文设计了排肥控制系统,可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度,实时计算液压马达的理论转速,并采用PID算法控制比例流量阀开度,调节马达转速驱动螺旋输送器排肥,实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真,整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14 r/min,达到稳定转速的时间最大为6 s,控制性能较好,表明通过AMESimMatlab/Simulink联合仿真,能够快速便捷地整定PID参数,结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%,变异系数最大8.69%,排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能,能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。

关键词：深施机 PID控制有机肥分层变量施肥

分层交错式葡萄防寒土弧形清土叶轮的设计与试验

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农业工程学报 2021年第10期37卷 1-9页

作者：马帅徐丽明牛丛闫成功赵诗建王坤谭好超中国农业大学工学院北京100083

针对目前中国北方葡萄防寒土清土部件作业功耗高和相关理论研究较少的问题,设计了一种葡萄防寒土弧形清土叶轮,主要由花键连接轴套、叶轮轴、弧形叶轮片和叶轮片连接板等组成,采用分层交错式结构,以十字交叉形式排布。首先,依据中国北... 详细信息

针对目前中国北方葡萄防寒土清土部件作业功耗高和相关理论研究较少的问题,设计了一种葡萄防寒土弧形清土叶轮,主要由花键连接轴套、叶轮轴、弧形叶轮片和叶轮片连接板等组成,采用分层交错式结构,以十字交叉形式排布。首先,依据中国北方葡萄防寒土清除农艺要求,确定弧形清土叶轮的外形尺寸和叶轮片数量。通过理论分析弧形清土叶轮的运动和受力,确定影响其作业功耗的主要因素。并基于EDEM软件,以弧形清土叶轮前进速度、转速和叶轮片弯曲角为试验因素,以叶轮扭矩和水平前进阻力为试验指标,进行三因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,以扭矩和水平前进阻力最小为优化目标,获得最优参数组合;进一步基于土槽试验,验证弧形清土叶轮仿真优化结果的准确性,并与直板式清土叶轮作业进行对比分析。仿真优化结果表明,当弧形清土叶轮前进速度为0.38 m/s,转速为450 r/min,叶轮片弯曲角为18°时,其扭矩和水平前进阻力最小,分别为9.99 N·m和27.09 N;土槽试验结果表明,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别为11.56 N·m和31.82 N,与仿真优化结果的相对误差分别为13.58%和14.86%,同时,与直板式清土叶轮作业对比,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别降低了9.40%和15.37%。研究结果可为后续葡萄藤防寒土清土机的整体设计提供理论依据和技术支撑。

关键词：农业机械弧形叶轮分层交错式葡萄防寒土清土设计 EDEM

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果园有机肥深施机土肥混合分层回填装置研制

农业工程学报 2021年第5期37卷 11-19页

作者：袁全春徐丽明牛丛马帅闫成功赵诗建刘飞王坤中国农业大学工学院北京100083

针对果园有机肥传统深施方式存在的肥料过于集中、利用率低等问题,该研究设计了一种土肥混合分层回填装置。该装置采用绞龙输送回填土肥,并在绞龙间螺旋布置桨叶用以提高土肥混合质量,再通过前、中、后3组混合回填部件将土肥混合物依次... 详细信息

针对果园有机肥传统深施方式存在的肥料过于集中、利用率低等问题,该研究设计了一种土肥混合分层回填装置。该装置采用绞龙输送回填土肥,并在绞龙间螺旋布置桨叶用以提高土肥混合质量,再通过前、中、后3组混合回填部件将土肥混合物依次回填至施肥沟中,实现分层回填。首先,通过理论计算确定绞龙的结构参数。进一步以混合桨叶侧向角、俯仰角和转速为因素,以有机肥比例相对标准差和颗粒结构间法向接触力为评价指标,进行离散元仿真试验。仿真结果表明,桨叶侧向角、俯仰角和转速分别为90°、60°和200r/min时,有机肥比例相对标准差为40.35%,颗粒结构间法向接触力为0.33N,混合均匀度最高,且接触力较小。在最优桨叶参数的基础上,通过仿真试验得到,混合均匀度先随桨叶布置区域长度的增加而提高,当长度大于400mm时趋于稳定。理论计算和台架试验结果表明:当前、中、后卸料口导流板倾斜角度分别为70°、65°、50°时,各层的土肥在施肥沟的整个宽度范围内可以均匀分布,提高分层质量。有机肥比例相对标准差与仿真试验结果的相对误差为0.11%,表明仿真优化结果可靠,该装置混合性能较好,可满足土肥混合作业要求。

关键词：农业机械装置有机肥混合分层施肥离散元仿真

H_(2)O_(2)刻蚀MoS_(2)纳米片增强CO_(2)催化加氢性能

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 173-179页

作者：周维赵世熙谢欣雨陆诗建倪中海杨菲菲中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国核电工程有限公司北京100840

CO_(2)催化加氢制备高附加值化学品是缓解温室效应,实现人类社会可持续发展的关键技术之一。二维MoS_(2)材料由于其特殊的层状结构和表面丰富可调的S缺陷位,在CO_(2)活化与转化中被广泛关注,将MoS_(2)催化剂用于CO_(2)加氢的关键在于表... 详细信息

CO_(2)催化加氢制备高附加值化学品是缓解温室效应,实现人类社会可持续发展的关键技术之一。二维MoS_(2)材料由于其特殊的层状结构和表面丰富可调的S缺陷位,在CO_(2)活化与转化中被广泛关注,将MoS_(2)催化剂用于CO_(2)加氢的关键在于表面S空位的构建。为开发高效构建S空位工艺,以MoS_(2)纳米片为基础,利用H_(2)O_(2)刻蚀法在其表面引入S空位,对比了H_(2)O_(2)刻蚀前后CO_(2)在常压和高压下的反应性能。研究表明,H_(2)O_(2)刻蚀能显著提升S空位含量,且不会改变MoS_(2)的晶相结构,也未影响S空位的化学性质,从而明显提升CO_(2)催化加氢的转化率,但不影响产物分布。在常压条件下,S空位主要催化CO_(2)解离加氢为CO,选择性达96%以上;而在高压(5 MPa)低温(180℃)条件下能以较高的选择性(79%)催化CO_(2)加氢为甲醇,升高反应温度会提升CO_(2)转化率,但甲醇的选择性会显著降低,同时伴随甲烷的生成。本研究提供了一种简便高效的构造S空位的制备工艺,为MoS_(2)催化剂的工业化应用提供一定的理论和技术支撑。

关键词： MoS_(2)纳米片 H_(2)O_(2)刻蚀 S空位 CO_(2)加氢甲醇 CO