本网讯（通讯员 王宝山）近日，我校机电工程学院现代智能农业装备团队王万章教授课题组在国际著名学术期刊《Biosystems Engineering》在线发表了题为“Analysis of the mechanical interaction force between the reel and wheat plants and prediction of wheat biomass”的研究论文。该研究分析了联合收割机拨禾轮与小麦植株之间的机械互作力，建立了相关的植株力学模型，并对小麦植株偏转进行理论分析和仿真模拟，利用互作力对生物量进行预测。
农业机械化、智能化是转变农业发展方式、提高农村生产力的重要基础，世界各国都在大力发展智能农机装备；在研发过程中通常都是经过机器的田间测试作业，以评估其性能，根据收获期作物生长条件、状况来改进机器结构以更好的适应生产，研发周期较长。然而，在设计阶段就考虑作物力学特性及生长条件对机器结构作业性能的影响是有利的，这将降低开发成本并缩短开发周期。为了改进设计和研发过程，研究因机械操作引起的作物力学变化是重要的方向。作物秸秆的机械响应，如偏转力和姿态变化，与收割过程中机器与作物之间的互作力、作物的力学特性及生物量密切相关。
该研究提出了一种作物生物量力学检测方法，对联合收获机拨禾轮与小麦植株之间的互作力进行了分析，并借助两者之间的作用力大小来预测作物的生物量。在互作力分析时，应用了基于变截面弹性梁弯曲理论的作物植株机械模型，植株茎秆截面不均匀性表现为每个节间不同的抗弯刚度（图1）。通过理论分析、仿真模拟和实验测定相结合的方法，验证了机械模型在小麦植株偏转力分析中应用的准确性（图2）。同时对力的不同作用位置和不同密度的小麦植株进行了偏转测试和姿态分析（图3）；进行了拨禾轮操作试验，利用拨禾秆作用在小麦植株上的偏转力来预测弯曲植株的数量，进而得到作物的生物量（图4）。
研究结果表明，拨禾轮最佳的作用位置为植株高度的2/3处，密度大的植株之间的相互作用力更为显著，因此密度越大偏转力越大；植株偏转力与生物量之间具有较强的相关性，检测平均误差为3.72%。
研究成果为小麦联合收获机拨禾轮喂入量检测奠定理论基础，提供了技术方法。
图1
图2
图3
图4
机电工程学院博士研究生陈旭为该论文的第一作者，王万章教授为通讯作者，何勋副教授及博士研究生刘锋、硕士研究生吴淑江和李从鹏参与了该研究工作。该研究得到了国家现代农业产业技术体系建设专项：小麦机械化技术(CARS-03)的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2024.07.013
编辑/黄璞 杨钰晨 审核/宋晶 签发/周红飞
