期刊简介
期刊名称： 农机化研究
创办日期： 1979年
主办单位： 黑龙江省农业机械工程科学研究院;黑龙江省农业机械学会
刊期： 月刊
电话： 0451-86631651/86662611
Email： nongjihuayanjiu@qq.com
国内统一刊号(CN)： 23-1233/S
国际标准刊号(ISSN)：1003-188X
基于EDEM-RecurDyn的仿生开沟器设计与试验
李强;李籽环;石世万;幸享洲;龙婵娟;杨艳;赵立军;针对山地果园开沟器存在的作业阻力大、开沟深度稳定性不足等问题，设计了一种仿生减阻开沟器。以穿山甲第3爪趾为仿生原型，设计了仿生开沟刀，并基于EDEM-RecurDyn耦合仿真技术对其作业过程进行分析。为探究关键作业参数对开沟器性能的影响，以开沟阻力和深度稳定性系数为评价指标，对开沟深度、刀盘转速、前进速度展开研究。结果显示：开沟阻力会随着开沟深度、刀盘转速、前进速度的增加而增大；开沟深度稳定性系数则会随着开沟深度和前进速度的增加而减小，随刀盘转速的增加而增大。通过响应面分析进行参数优化，得到最优参数组合为：开沟深度311.07 mm,刀盘转速602.88 r/min,前进速度0.71 km/h。此时，开沟阻力为2 427.53 N,开沟深度稳定性系数为88.75%,开沟阻力与开沟深度稳定性系数的仿真值与试验值相对误差分别为8.21%和5.16%,表明耦合仿真模型具有较高的准确性。与普通开沟器相比，仿生开沟器的作业阻力降低了8.55%,符合国家相关标准要求。研究结果可为果园开沟施肥机开沟器的设计与优化提供理论依据和技术参考。
基于LS-DYNA仿真的斜置微旋耕机刀辊斜置角优化
邢雨隆;王路西;高祥鑫;高建民;微耕机多以正置旋耕为主，功率较小，但长时间作业时功耗却较大，且受限于整机尺寸导致耕深有限；而斜置旋耕将土壤更多抛向已耕地，增大了耕深，且在一定条件下能耗较低。因此，探究在斜置情况下刀辊与土壤相互作用关系，对进一步节能增效有着重要意义。运用SolidWorks和HyperMesh软件建立微耕机刀辊旋耕有限元模型，结合LS-DYNA软件进行斜置25°微耕机刀辊切削土壤有限元模拟仿真，分析了刀辊切削阻力、扭矩与功耗，并以轴向力和扭矩为指标进行土槽试验，验证仿真可行性。以斜置角为变量进行仿真试验，探究斜置角对轴向力、扭矩和功耗的影响，以获得较优斜置角参数。土槽试验结果表明：斜置25°时，切削过程中刀辊所受最大切削阻力、轴向力、扭矩分别为182.00 N、123.04 N、50.47 N·m,平均值分别为103.00 N、70.06 N、30.32 N·m,平均功耗为1.35 kW。上述结果与理论分析得到的扭矩和功耗结果误差为14.80%、8.88%,与土槽试验得到的扭矩和轴向力误差为13.39%、9.93%。仿真试验表明：随着斜置角增大，轴向力和扭矩出现逐渐增大和先减小后增大的趋势，斜置角20°时最小功耗达到1.16 kW。本研究证实了仿真系统的可行性，并综合考虑轴向力和功耗获得较优斜置角为20°,可为进一步优化斜置微旋耕机参数提供理论依据。
刮板式旋耕开沟施肥机设计与试验
王业勤;燕波;邓怡国;陈沛民;季超;天然橡胶产业中，施肥是提高产量与品质的关键环节。现有的施肥机械在处理有机肥时面临着一些技术难题，并存在局限性。针对天然橡胶施肥过程中肥料集中、土壤紧实导致橡胶树根部吸收能力减弱的问题，设计了一种刮板式旋耕开沟施肥机，在开沟撒施有机肥与松土的同时，通过旋耕开沟器将有机肥与土壤进行旋耕混合，以提升土壤肥力和橡胶树对养分的吸收效率。为实现机器的正常作业，传动系统设计为旋耕开沟传动和刮板式排肥传动两部分，以满足旋耕开沟机构和刮板式排肥装置对转速的不同需求。通过正交试验探究刮板开度、刮板宽度和圆盘转速对排肥量的影响，发现排肥量随刮板开度的增加而减少、随圆盘转速的提高而增大。田间试验表明样机作业排肥均匀，无架空、断条，能够精准控制施肥量，并进一步确定刮板式排肥装置最优作业参数为刮板开度20 mm、刮板宽度40 mm、圆盘转速14.5 r/min。本研究不仅为天然橡胶的精准施肥提供了有效的机械装备，还通过优化传动系统和排肥装置结构参数提高了施肥作业效率和精准度，对推动农业机械化和智能化发展具有重要意义。
寒地玉米秸秆碎混全量还田联合整地机设计与试验
张晓伟;赵举文;曹海峰;张印生;王晨平;王红元;针对东北寒地黑土区玉米秸秆碎混还田过程中单刀辊或双刀辊式机具对覆盖大量秸秆的湿黏质土壤适配性差、作业质量难以达到实际生产要求的问题，设计了一种三刀辊寒地玉米秸秆碎混全量还田联合整地机，一次进地完成秸秆粉碎、根茬粉碎、碎土混埋等多项任务。利用Design-Expert 10.0软件对响应曲面模型展开多因素交互作用分析，以粉碎混埋率为评价指标，以秸秆粉碎辊转速、秸秆根茬粉碎辊转速、碎土混埋辊转速为试验因素，经模型优化后得到最佳组合参数为秸秆粉碎辊转速538 r/min、秸秆根茬粉碎辊转速250 r/min、碎土混埋辊转速265 r/min,此时粉碎混埋率为95.6%。对根茬粉碎刀进行静力学分析，结果表明：当弯折角度??=105°、正切面刃角i=30°、滑切角β=160°、切削宽度L=122 mm时，最大应力为199.16 MPa,最大应变为3.831 2 mm,根茬粉碎刀强度满足设计要求。与传统机具相比，寒地玉米秸秆碎混全量还田联合整地机提高了秸秆还田率、根茬还田率和碎土混埋率，同时未出现机具前方壅土现象。
蓝光激光烧蚀棉花顶芽效果分析与研究
吴天舒;许燕;周建平;蔡新亮;吴宣睿;徐翔;左佳伟;冉彤彤;针对目前棉花人工打顶效率低且成本高、传统机械打顶损伤率高、化学打顶对环境和人体造成不良影响的问题，提出了一种蓝光半导体激光烧蚀棉花顶芽的方法。通过自主设计搭建激光烧蚀棉花顶芽试验平台，以株高平均生长速率为试验指标，通过单因素试验与正交试验分析激光剂量、烧蚀作用面积、入射角在不同水平下对株高平均生长速率的影响规律。结果表明：随着激光剂量的增大，株高平均增长速率先急速减小再缓慢减小；随着烧蚀作用面积的增大，株高平均增长速率逐渐减小；随着入射角的增大，株高平均生长速率先缓慢增快再急速提高。通过Design-Expert软件分析试验数据，结果显示：对株高平均生长速率影响显著性由小到大的顺序为：入射角<烧蚀作用面积<激光剂量。建立激光烧蚀棉花顶芽株高平均生长速率的回归模型，优化求解得到最优参数组合，即激光剂量14.33 J/mm2、烧蚀作用面积100%、入射角15°,在此条件下株高平均生长速率可达0.19 mm/d,回归模型基本可靠。
蔬菜移栽机纵向自动送苗装置的设计与试验
张羽翔;余城乐;赵予汉;赵雄;针对蔬菜移栽机纵向送盘装置对不同穴盘尺寸适应性不高和柔性穴盘在送盘过程中易凸起导致送盘不精准的问题,设计了一种由纵向自动推盘机构和压盘机构组合而成的蔬菜移栽机纵向自动送苗装置。首先,对穴盘形状与尺寸进行分析,提出了一种适应多数穴盘形状和尺寸的理想“D”字形纵向推盘轨迹;根据单行星架轮系式与仿图仪的传动方式与工作原理,设计了一种可以定比例缩放轨迹的纵向自动推盘机构。其次,基于四杆机构运动学模型与遗传优化算法,优化设计了一种与纵向自动推盘机构配套的、可以往复摆动压盘的压盘机构。最后,采用两种不同规格的穴盘开展纵向自动送苗试验,第Ⅰ类规格纵向自动进给距离为32.0 mm,作业精度高于93.43%,纵向进给距离最大偏差为2.1 mm;第Ⅱ类规格纵向自动进给距离为36.5 mm,作业精度均高于93.15%,纵向进给距离最大偏差为2.5 mm。试验表明:蔬菜移栽机纵向自动送苗装置能够实现多规格穴盘纵向稳定进给动作,同时有效解决了穴盘凸起问题,具有良好的通用性和适用性,为多规格穴盘纵向进给送苗提供了新途径。
猕猴桃果园液体肥药深施装置的设计与试验
王勇;唐玲;赵一霁;罗安妮;徐文娟;彭晓琴;万勇;针对目前四川省猕猴桃果园液体肥药缺乏适用设备,简易肥药深施装置深施难、效率低、劳动强度大,大型深施装置易损坏猕猴桃果树根系等问题,结合猕猴桃种植农艺要求和猕猴桃果园实际土壤坚实度,设计了一种猕猴桃果园液体肥药深施装置。首先,对注施枪、定位保护套等关键部件进行了设计与计算,重点分析了定位保护套发生保护作用时压缩弹簧的选取,并按照设计要求对猕猴桃果园液体肥药深施机进行了整机试制。然后,预设定位保护套发生作用触发条件,开展保护套性能测试、田间试验等;并以泵压力、电磁阀开启时间、注施枪出流孔孔径为试验因素,喷肥量为试验指标,开展注肥量性能试验。试验结果表明,该装置遭遇较大猕猴桃树根系或石头时受到过大反作用力,定位保护套能够起到保护作用,避免了深施装置受损或损坏猕猴桃树根系;当该机注施枪出流孔孔径4 mm、压力1 MPa、电磁阀开启5 s时,注施量达到7.5 kg,能够快速达到设计要求的注施量,高效完成注施作业。该机各项指标与设计值相符,满足猕猴桃树肥药深施农艺要求。
基于YOLOv11的大豆田间杂草轻量化检测模型研究
王梓任;韩静;陈国强;侯殿试;针对大豆苗田间杂草检测中模型参数量大、部署困难、识别精度低造成施药不精准,进而导致施药污染和资源浪费等问题,设计了一种兼具高效性与精确度的轻量化检测模型。基于YOLOv11n基线模型,引入GhostConv与C3Ghost轻量化模块,显著降低了模型参数量和计算复杂度;同时,将融合EIEM模块的C3k2-EIEM模块替换Backbone中部分C3k2模块,增强了对关键边缘特征的提取能力;进一步采用BiFPN多尺度特征融合机制,优化了不同层级信息的交互与传递。在协同轻量化改进、特征增强和多尺度融合三方面策略的联合作用下,改进模型参数量降至1.4 M,仅为基线的53.8%;计算量降至5.6 GFLOPs,降幅为11.1%;模型大小压缩至3.2 MB,较基线减少了39.6%;检测帧率提升至312.5 FPS,增速24.9%;mAP@50达93.5%,较基线模型提升了1.3个百分点,其中大豆苗、禾本科、阔叶杂草检测精度分别提升了0.5、2.2、1.3个百分点。该模型在显著降低计算成本的同时提升了识别精度,可应用于田间杂草的快速精准识别,为减少化肥农药使用、降低环境污染与资源浪费提供了技术支撑。
基于分布式标识的机采棉质量信息溯源系统
华逸飞;孙文磊;方远;张学东;刘怡君;王涛;陈蕊;针对机采棉产业链中质量信息分散、溯源可信度低等问题,设计了一种基于分布式标识(DID)的机采棉信息溯源系统。首先,构造机采棉全生命周期的数据溯源方法,通过SM9标识密码算法构建分布式身份认证体系,将身份标识(DID)与密码学公钥绑定,赋予机采棉全生命周期各流程环节唯一标识。其次,设计数据组合架构,利用区块链技术实现关键环节数据的链上存证与防篡改验证,采用链上链下相结合的数据储存方式,结合MySQL数据库与Redis分层存储优化机采棉高频数据存储调取性能;最后,通过设计数据管理平台有效地对元数据库中的业务数据进行增、删、改、查操作。试验结果表明,系统在新疆某机采棉基地的测试中,数据写入时间低于0.5 s,溯源查询响应时间控制在0.4 s内,能有效助力相关部门针对机采棉种植采收、加工检验过程实现从“田间到终端”的全流程透明化监管。
嫁接机切割式供夹装置的设计与试验
苏强文;史慧锋;曹新伟;王瑞;刘本宇;李洁;针对嫁接机供夹装置存在体积大、效率低、稳定性差的问题,提出一种用于茄果类嫁接机的连续切割夹胚式供夹装置。基于砧木穗木苗的贴接式嫁接法,以常见PE材质的嫁接夹为研究对象,设计了切割式供夹装置,并对供夹过程中夹持夹头与嫁接夹的运动和结构参数进行分析,确定了斜面夹头相较于平面夹头能形成有效的避让空间。运用Box-Behnken响应面设计试验方法建立了优化模型,并对装置进行了供夹性能试验,分析了气缸气压、单次供夹响应时间、夹头斜面倾角对供夹合格率的影响。结果表明:当气缸气压为0.688 MPa、单次供夹响应时间为1.445 s、夹头斜面倾角为107.984°时,切割式供夹装置的性能最好,平均供夹合格率可达96.19%。通过验证试验得出供夹合格率为95.67%,此时供夹装置效率可达2 000夹/h,可以满足嫁接夹供给要求且供夹稳定可靠,与现有嫁接设备相比成本显著降低,可为小规模种植农户嫁接育苗提供技术支撑,并为后续嫁接机自动化的研发提供技术参考。
中国主要秸秆资源数量及其区域分布
毕于运;王亚静;高春雨;我国秸秆总产量居世界首位。根据已有秸秆总量计算中存在的不足,利用相关统计数据以及实地调查结果对我国秸秆总产量重新进行了计算,并就近年来我国秸秆总产量的变动和主要农作物秸秆数量进行了分析。同时,还根据我国主要农作物的地域分异规律,把我国秸秆资源分布及其分区开发利用研究划分为东北区、长江中下游区等8大区,并以此为基础,对我国秸秆总产量以及单位产量的区域分布、几种主要农作物秸秆的区域分布进行了分析和描述。
农用植保无人机的研究现状及趋势
娄尚易;薛新宇;顾伟;崔龙飞;周晴晴;王昕;病虫害是制约作物良好生长、粮食安全生产的重要因素之一。然而,在当前尚缺乏有效预警手段和物理防治方法的情况下,化学药剂防治仍然是防治病虫害的主要手段。为此,介绍了植保无人机相比传统地面施药的优势和特点,对国内外植保无人机的发展研究概况进行了梳理和总结,通过与发达国家精准施药技术的比较,分析了我国在施药关键技术和施药配套装备与技术方面的不足,并简要介绍了无人机振动源的研究现状,阐述了植保无人机未来的研究发展趋势,为后续的研究工作提供铺垫。同时,指出了无人机低空施药技术将会大幅提高病虫害防治效率,促进我国现代农业的发展。
国内外水稻直播种植发展概况
王洋;张祖立;张亚双;崔红光;对国内外水稻直播种植方式的概况进行了阐述,详细地介绍了水稻直播的3种种植方法,并总结了水稻直播的很多显著优点;同时,综合分析了直播水稻存在的几个问题和直播稻的发展前景;最后,得出水稻直播前景广阔,可作为我国农业生产重点发展的一项技术。
农作物秸秆的综合利用与可持续发展
李海亮;汪春;孙海天;严晓丽;梁琦;农作物秸秆是一种宝贵的生物质资源,我国秸秆资源丰富,具有较大的综合利用潜力。为此,分析了秸秆的利用价值,对我国秸秆资源的利用现状、总量和分布进行了介绍,并从燃料化、饲料化、肥料化、原料化和基料化5个角度阐述了秸秆利用的技术特点和应用现状。研究结果表明:实现农作物秸秆的综合利用,对于促进农业可持续发展具有重要意义。
我国农业机械化发展现状及对策
冯启高;毛罕平;论述了农业机械化在我国农业现代化中的功能和作用;分析了我国农业机械化发展现状和存在的问题;提出了今后我国农业机械化发展应采取的措施和战略选择,即建立农业机械化发展长效机制,健全农业机械化服务体系,注重农业机械化区域化发展,推进适合农业机械化作业的农业栽培技术,构建农机科技创新体系,提高农机制造水平,推进节约型农业机械化发展等。
MATLAB在图像处理和分析中的应用
邓巍;丁为民;张浩;MATLAB中的数字图像是以矩阵形式表示的,这意味着MATLAB强大的矩阵运算能力用于图像处理非常有利,矩阵运算的语法对MATLAB中的数字图像同样适用。为此,介绍了如何利用MATLAB图像工具箱来实现经典的图像处理,并以血管三维重建为例,说明如何用MATLAB实现经典的数字图像处理,最后验证了该语言是简洁的、可读性较强的高效率编程软件。
我国农业机械化发展现状及对策
冯启高;毛罕平;论述了农业机械化在我国农业现代化中的功能和作用;分析了我国农业机械化发展现状和存在的问题;提出了今后我国农业机械化发展应采取的措施和战略选择,即建立农业机械化发展长效机制,健全农业机械化服务体系,注重农业机械化区域化发展,推进适合农业机械化作业的农业栽培技术,构建农机科技创新体系,提高农机制造水平,推进节约型农业机械化发展等。
农用植保无人机的研究现状及趋势
娄尚易;薛新宇;顾伟;崔龙飞;周晴晴;王昕;病虫害是制约作物良好生长、粮食安全生产的重要因素之一。然而,在当前尚缺乏有效预警手段和物理防治方法的情况下,化学药剂防治仍然是防治病虫害的主要手段。为此,介绍了植保无人机相比传统地面施药的优势和特点,对国内外植保无人机的发展研究概况进行了梳理和总结,通过与发达国家精准施药技术的比较,分析了我国在施药关键技术和施药配套装备与技术方面的不足,并简要介绍了无人机振动源的研究现状,阐述了植保无人机未来的研究发展趋势,为后续的研究工作提供铺垫。同时,指出了无人机低空施药技术将会大幅提高病虫害防治效率,促进我国现代农业的发展。
生物质能利用技术的研究进展
郭海霞;左月明;张虎;生物质能是可再生能源的组成部分。生物质能的开发利用为能源和生态问题的解决提供了一条新的思路。为此,对近年来国内外生物质能利用技术的研究进展进行了综述;分析了目前我国生物质能源开发技术存在的主要问题;提出我国生物质能源研究开发的发展前景和建议。
基于DS18B20的单片机温度测量系统
陶冶;袁永超;罗平;DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的1-WIRE数字温度传感器,它可直接实现数字化输出和测试,具有控制功能强、高精度、传输距离远、抗干扰能力强、微型化和微功耗等特点。为此,介绍了单线数字温度传感器DS18B20的结构、特点和工作原理,设计了一种基于DS18B20和AT89S52单片机的温度测量系统的硬件结构及汇编程序,并阐述了其在农业中的应用。该装置具有显示精度高、价格低廉、结构简单、扩展方便和应用广泛等一系列优点。
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