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农业机械学报
中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
农业机械学报

中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院

任露泉

月刊

1000-1298

njxb@caams.org.cn

010-64882610，64882231

100083

北京德外北沙滩1号6信箱

农业机械学报/Journal Transactions of the Chinese Society for Agricultural MachineryCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的国家级学术期刊，农业工程类中文核心期刊，美国工程信息公司（EI）收录期刊。主要刊登农业机械、农业工程、农用动力和能源、农产品及食品加工机械、农机化以及有关边缘学科的基础理论、设计制造、材料工艺、测试仪器与手段的研究成果及发展动向,反映学科最新研究成果和学术水平。同时还将及时提供中国农业机械学会举办的国内外学术活动信息，可供农机乃至机械行业中、高级技术人员、大专院校师生及科研单位的有关人员阅读参考。
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    数字孪生技术在农业生产管控中的应用现状与展望

    王纪章王涛付益辉袁俊杰...
    1-20页
    查看更多>>摘要：数字孪生技术作为一种多尺度、多物理的技术手段,能够实现物理世界与信息世界的实时同步和高保真度的数据交互与融合,因此这项技术在实现生产过程中的实时监控、预测分析和决策优化方面具有巨大发展潜力,开始初步应用于农业生产过程管控中.为了分析数字孪生技术在农业生产管控中的应用现状和发展趋势,本文概括并分析了数字孪生技术在大田、果园、温室、畜牧以及农业装备等不同生产场景中的应用实例,探讨了其发展现状.然后探讨了农业生产过程中的数字孪生五维模型,并分析了物理实体数据感知、虚拟实体构建和虚实交互与数据驱动等关键技术.最后,根据现有应用和关键技术分析,提出了数字孪生技术应用于农业生产智慧管理的发展趋势为:必须跳出单一场景和阶段的应用框架,实现对农业生产全过程的数字孪生与智慧管控服务.

    数字孪生农业生产智慧管控综述

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    沙生灌木机械化生产技术装备研究现状与发展展望

    贺长彬景红伟特宾古日布石磊...
    21-41页
    查看更多>>摘要：沙生灌木是我国推进重点区域沙化土地综合治理的重要树种.本文在总结沙生灌木机械化生产主要技术模式的基础上,重点对沙生灌木机械化种植、平茬收割和加工技术现状进行了概述,并阐明了现阶段的问题及未来发展方向.我国沙生灌木产业基本形成了"营造-开采-加工-利用"的生产模式,涵盖了种植、管理、平茬收割、加工利用等环节,虽然已经具备了部分沙生灌木生产机械装备,但仍存在以下问题:机械化生产环节发展不均衡,机械装备支撑力不足;机械装备适用性和可靠性低;沙生灌木生产机械装备关键技术研发不足,生产工艺与机械化生产技术联动性差.构建完整的沙生灌木生产全过程机械化技术体系,加强沙土-沙生灌木-机具相互作用关系理论体系等关键技术研究,发展沙生灌木生产机械集成化、智能化,是我国沙生灌木机械化生产技术的发展方向.

    沙柳柠条平茬复壮机械沙生灌木种植机械

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    基于B样条优化的改进纯追踪农机导航曲线跟踪方法

    张闻宇胡力文王辉张国城...
    42-51,115页
    查看更多>>摘要：针对驾驶农机采样路径平滑性对跟踪效果的影响和曲线路径变曲率特性导致跟踪适应性较低的问题,提出了一种基于B样条路径优化的积分补偿模糊纯追踪控制方法.首先采用B样条插值方法平滑优化采样路径信息;再基于行驶规律分析农机曲率与作业速度对跟踪控制的相互作用关系,设计了模糊调整前视距离的纯追踪控制方法,该方法根据前期试验结果采用拖拉机速度和前视路径平均曲率模糊整定纯追踪前视距离,同时采用跟踪横向偏差设计前轮转角积分补偿,减小稳态误差.设计构建了曲线跟踪Simulink仿真模型并进行了仿真试验.仿真结果表明,改进方法的平均绝对横向偏差均值和最大绝对横向偏差均值相较于传统纯追踪控制方法降低4.8％和7.1％.进行了拖拉机田间正弦曲线跟踪试验,插值路径对比试验结果表明,路径插值后跟踪误差较插值前降低75.9％.控制算法对比试验结果表明,拖拉机以速度1.0、1.5、2.5 m/s跟踪不同幅值正弦曲线路径时,采用改进纯追踪方法平均绝对横向偏差均值分别降低36.80％、62.50％和61.03％,标准差均值分别降低27.8％、24.0％和46.3％.最后跟踪田间随机采样路径,当速度为2.5 m/s时,横向偏差标准差为0.06 m.本文方法有效提高了农机曲线路径跟踪精度,满足需要曲线作业的农业生产需求.

    农机导航曲线B样条曲线改进纯追踪模糊控制积分补偿

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    基于多传感器数据融合的旋耕耕深检测系统研究

    马若飞伟利国赵博周利明...
    52-64页
    查看更多>>摘要：旋耕作业时通常用耕深衡量作业质量,适合的耕深能打破土壤板结、改善土壤结构,促进作物根系生长.目前耕深检测研究场景主要为旱田,检测方法主要为倾角传感器间接检测,而水田土质松软,作业过程中会出现机具下陷和姿态变化的问题.为此,本文设计了一种适用于不同土壤环境的耕深检测系统.为检测地形起伏及机具下陷,设计一种地面仿形机构,通过耦合仿真探究其设计参数,验证可行性;为提高单传感器间接检测稳定性,使用三点悬挂倾角检测和北斗卫星系统(Beidou system,BDS)相对高程数据融合的检测方法,并建立耕深检测模型(Tillage detection model,TDM).提出自适应迭代扩展卡尔曼算法(Adaptive iterative extended Kalman filter,AIEKF)对传感器获取数据先滤波再融合,获得更稳定、准确的耕深.在参考传统耕深测量方法的基础上,提出了 RTK-BDS高程差值的测量方法获取耕深真值,并和传统方法进行了对比.仿形机构耦合仿真试验结果表明,所设计的仿形机构检测绝对误差小于0.5 cm,仿形后土槽高程最大形变量为2.89 mm.田间试验结果表明,TDM检测模型能有效反映耕深变化,AIEKF处理后数据较KF处理后数据信噪比平均提升1.41 dB,融合得到的耕深较两种单一传感器检测的耕深MAPE平均分别提高2.30％和2.07％,融合后平均MAPE为3.95％,平均RMSE为1.08 cm.提出的RTK-BDS差值真值检测法和传统检测法最大绝对误差为2.45 cm,能较好完成耕深真值检测.

    旋耕整地运动仿真耕深检测RTK-BDS

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    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

    廖庆喜罗湛程杨恒李蒙良...
    65-74页
    查看更多>>摘要：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 m2/s2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5～60r/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.

    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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    正态分布规律变量调节式多功能条播装置设计与试验

    兰玉彬韩金钢张同升刘俪恋...
    75-88页
    查看更多>>摘要：针对条播装置成条的需求,设计了一种基于正态分布规律变量调节的多功能条播装置,该装置能够实现均匀和不均匀等多种成条效果.该装置无需更换复杂配件,只需要改变调节单元结构布局,操作简单灵活,能够一机多用.从条播装置整体结构设计、原理阐述和仿真分析与台架测试方面开展研究,通过颗粒进料口喂入角仿真试验选定了进料口角度,并选取复合肥颗粒与水稻种子颗粒,经离散元仿真软件(Enhances discrete element method,EDEM)仿真和台架试验测试了变量调节性能,对条播装置在不同变量调节下的成条效果进行动态测试.进料口喂入角仿真试验结果表明,在70°喂入角下,网格间变异系数差异达18％,颗粒流变化相对较小,颗粒流相对均匀.条播装置变量调节性能试验结果表明,各排料管之间的复合肥颗粒流量差异最大为组合8(变异系数为92％),最大差值为0.214 kg,变量范围最大(6％～41％);各排料管之间的复合肥颗粒流量差异最小为组合11(44％),最小差值为0.100 kg,变量范围最小(11％～27％);各排料管之间的水稻种子颗粒流量差异最大为组合8(90％),变量范围最大(5％～40％);各排料管之间的水稻种子颗粒流量差异最小为组合11(40％),变量范围最小(11％～27％);12个组合的变异系数与变量范围差异显著,复合肥颗粒的变异系数整体为44％～92％,变量范围整体为6％～42％;水稻种子的变异系数整体为40％～90％,变量范围整体为5％～40％,装置可实现多样化变量调节.变量成条效果动态测试试验结果表明,所有组合下的复合肥颗粒与水稻种子颗粒的成条效果都明显,条带波动小,条带宽度和间距稳定.

    播种机条播装置变量调节正态分布EDEM

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    丘陵山区轻筒型油菜种-肥同播同施集排装置设计与试验

    王磊周国威张青松廖庆喜...
    89-101页
    查看更多>>摘要：针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置问题,设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置.阐明了集排装置工作过程,确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数,分析了肥层控制板位置对排种量与排肥量匹配性的影响.应用EDEM仿真开展了油菜种-肥同播同施集排装置排种与排肥性能试验,建立了肥层控制板位置与排肥量的关系模型,试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20～50 r/min时,集成式种肥滚筒转速与排种速率、排肥速率均为线性关系,肥层控制板与竖直方向间夹角在22°～38°内增大时,排肥速率在1 709.63～2 484.31 g/min内逐渐增加;应用DEM-CFD耦合仿真分析了辅助输送气流对导种管内种子速度和受力的影响,结果表明:导种管与竖直面间倾斜角为10°～70°时,采用辅助输送气流可实现种子加速经导种管排出,避免种子滞留.台架验证试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20～50 r/min时,总排种量稳定性变异系数不高于0.92％、各行排种量一致性变异系数不高于3.64％、种子破损率不高于0.04％、总排肥量稳定性变异系数不高于1.21％、各行排肥量一致性变异系数不高于4.41％,可实现油菜排量一定时,通过调节肥层控制板与竖直方向间夹角,满足不同排肥量需求.田间试验结果表明:油菜各行株数一致性变异系数为9.25％、总株数稳定性变异系数为7.16％,满足油菜精量播种要求.

    油菜同播同施排种装置排肥装置集成式种肥滚筒丘陵山区

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    油麦兼用气送式集排器立槽式供种装置设计与试验

    施彬彬王传奇陈雪儿何凯威...
    102-115页
    查看更多>>摘要：针对现有油麦兼用气送式集排器供种装置兼用供种结构复杂、大播量工况下供种量不足等问题,设计了一种立槽式高通量油麦兼用供种装置.阐述了立槽式供种装置工作原理,确定了变容积供种机构主要结构参数,分析了供种转速和立式槽轮叶片伸出量等工作参数对供种装置油菜、小麦供种性能的影响规律,明确了油菜、小麦供种性能较优时的工作参数范围.EDEM仿真试验结果表明,立槽式供种装置具有良好的破拱充种性能及供种过程种子运动轨迹一致性,当小麦供种转速不小于20r/min、叶片伸出量不小于9 mm时,可有效避免脉动供种问题对其供种性能的影响,实现油麦兼用稳定供种.台架试验结果表明,排种油菜时,供种转速为10～30r/min,供种装置供种速率可达66.20～210.41 g/min,供种速率稳定性变异系数小于2.3％,种子破损率小于0.65％;排种小麦时,供种转速为20～50 r/min,叶片伸出量为9～21 mm,供种装置供种速率可达1 184.20～6 080.44 g/min,供种速率稳定性变异系数小于1.9％,种子破损率小于0.4％.田间试验结果表明,当油菜、小麦播种量分别为6.5、180 kg/hm2时,搭载立槽式供种装置播种机总播量误差分别为1.68％和4.16％,出苗后测量得油菜、小麦平均株距分别为56.96、23.34 mm,各行株数一致性变异系数分别为16.92％、18.02％,满足油麦兼用播种作业标准要求.

    油菜小麦立槽式供种装置变容种空间体积气送式集排器

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    大蒜直立种植机非对称式栽植器设计与试验

    宋井玲张永政王卓李昆桥...
    116-128,261页
    查看更多>>摘要：针对大蒜直立种植机直立度偏低、作业效率低问题,设计了一种适用于连续式大蒜种植机非对称结构的栽植器,以抵消在栽植过程中栽植器的水平分速度不断变化对蒜种直立状态的影响.分析了栽植器和土壤对蒜种作用过程,建立了种穴底部轮廓曲线方程和大蒜直立种植装置EDEM-ADAMS仿真系统.首先根据栽植器在不同工作阶段的作用提出了上下锥角不同的两段式栽植器结构并确定了上部锥角为20°.再通过对种穴形状的对称性、种穴底部形状以及种植蒜种直立度影响的单因素仿真试验,确定了栽植器打开方式为单侧向前打开、打开时刻为栽植器运动到最低点,打开旋转中心位于栽植器下部顶点的上方110 mm、后侧15 mm.通过栽植器打开后对蒜种作用过程的模拟仿真分析,确定了栽植器的非对称结构及其相应参数.最后以蒜种直立度为指标,进行了工作参数和栽植器下部锥角的四因素三水平正交仿真试验,确定了最佳组合参数为:速比1.12、打开开度29.69 mm、打开时间0.51 s、栽植器下部锥角40.90°,此时种植蒜种直立度为72.84°.搭建了大蒜种植装置试验台对通过仿真分析设计的栽植器进行了试验验证,结果直立度为68.66°,表明建立的仿真系统正确、仿真试验结果实用可靠.

    直立种植机栽植器非对称式直立度EDEM-ADAMS

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    温室穴盘育苗劣质钵苗螺旋式剔除机构设计与试验

    童俊华商凯源王小琴孙良...
    129-137页
    查看更多>>摘要：在温室穴盘育苗过程中,有5％～20％的穴孔存在漏播、发育不良等现象,为提高穴盘利用率,保证成品苗质量,需要将这些劣苗基质块干净剔除并及时补充健康钵苗.常见的剔除末端主要有指铲式、气吸式,但存在指铲式剔苗方式易造成钵体松散破碎难以抓取、气吸式剔苗在高含水率下剔净率低等问题,为此本文设计了一种螺旋式劣苗剔除装置.该装置使用输送带移动穴盘,升降模组带动横移模块进行升降,横移模块上安装两个剔苗末端执行器,剔苗末端执行器使用螺旋叶片对基质进行破碎,通过螺旋输送和负压吸附的方式将穴孔中的基质破碎并输送到顶部蓄土槽中,升降时自动转移到排土槽中.以200孔带基质穴盘为研究对象,对螺旋叶片的升土方式进行理论分析,确定相关设计参数,并对螺旋式劣苗剔除装置进行路径规划.搭建螺旋式劣苗剔除装置,开展螺旋式基质剔除四因素三水平正交试验,结果表明,试验因素的影响由大到小为凹口切角、螺距、转速、升降速度,确定最优参数为:螺距16 mm、凹口切角10°、转速2 500 r/min、升降速度10 mm/s.在最优参数组合下进行性能验证试验,结果表明,剔苗机构作业效率平均为832孔/h(约42盘/h),基质平均剔净率在83％以上,满足剔补苗作业需求.

    温室移栽劣苗剔除装置螺旋式执行器

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