玉米籽粒直收机夹带损失检测系统设计与试验

针对目前玉米籽粒直收机籽粒损失检测系统缺乏检测夹带损失技术的问题,设计了基于嵌入式单片机的玉米籽粒直收机夹带损失检测系统。该检测系统包括损失检测传感器、数据采集器和数据显示终端,可以同时监测收获机的清选损失和夹带损失,实时反馈收获机的收获损失速率以及损失量。通过模态仿真软件对不同材料、不同厚度的监测板进行有限元分析,选择厚0.5 mm的不锈钢板作为监测板;运用Multisim对滤波器性能进行仿真分析;设计基于STM32系列单片机的自适应限时滤波算法,可以有效抑制谷物撞击引起的的余振干扰。在试验台架上,对不同大小的玉米籽粒、杂余以及玉米穗进行标定试验,获取信号特征;经装机试验表明,玉米籽粒夹带损失检测结果最大误差为9.96%,平均误差约为6.52%,损失速率变化趋势反馈及时,能够辅助工作人员进行作业决策。     

基于EDEM小麦收获机清选损失监测试验装置设计

针对小麦损失监测传感器结构复杂、成本较高的问题,对收获机清选排杂口不同物料运动特性进行研究,揭示小麦与秸秆撞击敏感板的作用规律,从清选抛出物冲击敏感板的力学特性出发,设计一种小麦收获机清选损失监测试验装置。通过离散元分析软件EDEM分析小麦籽粒、50 mm秸秆、100 mm秸秆撞击敏感板产生的作用力,分析接触力变化曲线,证明可通过判断物料撞击敏感板产生的信号进行损失监测。为增强信号采集准确率,采用两片压电传感器串联的方式,增大损失信号。设计损失监测试验台机械结构及控制系统,使监测装置模拟收获机清选排杂过程且可以实时监测信号,有效提高监测效率。最后,通过不同高度物料运动损失监测试验,得出300 mm高度下传感器识别较为精准,对小麦籽粒的识别率达到98.4%,整体监测误差小于5%,损失监测试验装置能够达到设计目的和要求。     

籽粒损失监测传感器敏感板振动特性与试验

为实现联合收获机工作过程中籽粒清选损失的实时自动监测,运用ANSYS软件分别以不锈钢304板、T6铝板、黄铜板作为敏感板,在不同厚度、边界条件下进行模态分析并以YT-5L型压电陶瓷作为敏感元件制成不同形式的籽粒损失监测传感器进行了籽粒碰撞试验,研究了敏感板振动特性与检测性能之间的关系,优选了籽粒损失监测传感器敏感板的材料及结构。设计了由电压放大器、带通滤波器电路、绝对值峰值检波放大电路、包络线检波电路、电压比较器电路和整波电路等组成的信号调制电路,以AT89C52单片机为核心开发测控系统,实时采集籽粒损失信号并具有报警、通讯输出功能。将研制的籽粒损失监测传感器安装在联合收获机上进行田间试验,结果表明所研制的籽粒损失监测传感器能够有效识别出饱满籽粒并实时显示清选损失率,最大测量相对误差为2.39%。     

纵轴流联合收获机籽粒清选损失监测数学模型研究

为实时监测纵轴流联合收获机作业过程中的籽粒清选损失,试验研究了清选损失籽粒在清选筛尾筛后部的分布规律,建立了清选损失籽粒量与清选筛尾部不同区域内籽粒量之间的数学模型,并确定了籽粒损失监测传感器在联合收获机上的最佳安装位置。台架试验表明,在显著水平α=0.05下,当风机转速在1 200~1 400 r/min范围内时,风机转速对清选损失籽粒质量比例的分布无显著性影响。以YT-5L型压电陶瓷为敏感元件研制了双向隔振结构全宽型籽粒损失监测传感器,将研制的籽粒损失监测传感器以中心线距尾筛垂直距离300 mm,角度为45°安装到4LZ-2.5型纵轴流联合收获机上,并利用所建立的籽粒清选损失监测数学模型进行了水稻收获田间试验。田间试验结果表明,所建立的籽粒清选损失监测数学模型可靠性较好,籽粒清选损失监测最大相对误差为3.26%。     

玉米联合收获机清选损失监测装置设计与试验

针对玉米籽粒收获时,损失率检测不准的问题,以压电薄膜作为敏感材料,设计了一种由冲击传感器、信号处理电路和安装装置等组成的玉米收获机籽粒清选损失监测装置,并采用支持向量机多分类算法提取玉米籽粒冲击信号,实现了玉米籽粒损失的实时监测。首先,在不同冲击角度和高度的试验条件下,对不同大小的玉米籽粒和杂余进行冲击信号的采集试验,提取冲击信号的主要特征。采用支持向量机多分类算法对模型进行训练,并在监测装置上实现实时分类。使用不同品种和含水率玉米对分类模型进行验证。然后,在不同风机转速和清选筛开度条件下,得到测试时间内传感器检测的籽粒数与总损失量之间的关系,并根据谷物流量值,计算得到实时的清选损失率。最后,将该监测装置安装在4YL-8型玉米联合收获机上进行田间试验。结果表明,该监测装置与人工检测相比,平均相对误差为12.98%,可以为收获机的控制提供反馈信息。     

钢丝绳张力传感器标定试验台的研制

针对自行研制的新型钢丝绳张力传感器，依据钢丝绳张拉原理，研制出了传感器标定试验台。该试验台由张拉系统、夹紧装置、测试钢架及传感器系统等部分组成。使用情况表明：该试验台具有加载方便、快捷、安全、可靠等特点，能够满足钢丝绳张力传感器标定的需要。同时，该试验台还可用于检测其它构件的力学性能。     

玉米收获机动力换挡变速箱试验台设计

玉米收获机在完成不同作业任务时,驾驶员为适应不同的作业任务需要频繁换挡,然而,玉米收获机换挡方式为手动机械式,换挡力为15N,频繁换挡会导致驾驶员劳动强度过高。为了弥补玉米收获机存在的不足,笔者依照玉米收获机换挡顺序及动力换挡变速箱试验要求,设计了玉米收获机变速箱液压动力换挡的试验台。该试验台的设计研发主要包括驱动装置、加载装置、信号处理装置、传感器及测量装置等,能模拟动力换挡的控制过程,测试试验台不同挡位与负载下的传动能力。同时,该试验台也能为动力装置在实车上的安装提供试验依据。试验表明:该试验台可以在不影响系统传动能力的情况下通过液压系统提供动力来实现挡位变化。     

联合收获机谷物损失测量PVDF阵列传感器设计与试验

实时监测谷物收获时的损失率具有重要意义.采用聚偏二氯乙烯(PVDF)压电薄膜作为传感器敏感材料,设计了阵列式PVDF传感器及相应的信号调理电路,同时利用该传感器得到了籽粒损失的空间分布.分别选择3种不同含水率的水稻籽粒进行试验并给出了试验测试结果,结果表明不同含水率的水稻样品,传感器的测量误差均在5%左右.     

田间原位综合耕作试验台设计与应用

土壤耕作试验台是开展耕作与种植机具性能试验的关键装备,通常采用室内土槽的形式,但室内重塑的土壤难以反映田间土壤固有的结构性和耕性。本文在前期工作的基础上具体阐述了田间原位综合耕作试验台原理,所设计的原位综合耕作试验台充分发挥室内土槽试验系统在控制精准、互换性强、测试对象及试验内容丰富等优势,为不同种类的牵引型与驱动型耕作部件的试验研究提供了专用的装备。试验台采用框架导轨的结构形式,整体吊装运输。在田间工作时4个立柱支撑在地面铺放的轨道上实现整体横向进位和纵向移动,兼顾长途运输、田间移位、以及在试验区测试过程精准定位的方便性。各种耕作部件都可挂接在多功能测试台车上完成测试,台车配有功能完备的传感器且设置动力驱动模块,提供驱动型耕作部件的驱动和信号测试功能。试验台的轨道提供测试台车的导向并通过电力拖动系统牵引测试台车,牵引速度在0~1 m/s范围内可调。试验台的升降由4个立柱上端的同步电机驱动,满足旋耕、犁耕、开沟器等测试过程的刀具入土及耕深控制要求。立柱的整体升降配合测试台车上的螺杆调节装置可以实现最大80 cm的深度调节。试验台配备完备的供电及控制系统,提高了田间试验的电气化程度。经检验所设计的原位综合耕作试验台满足多因子多水平田间测试的要求,节约试验用地并提高了效率。     

果园升降平台自动调平控制系统设计

针对目前丘陵山区果园作业生产中采摘、运输等升降平台通过性不强、调平不稳定等问题,设计一种自动调平果园作业升降平台调平控制系统。设计平地作业和坡地作业两种工作模式,平地作业时升降平台利用自身平行四边形结构实现升降平台平稳升降;坡地作业时机器通过两级调平模式实现精准调平;通过仿真分析确定一级调平误差为2°以内,为二级调平设定界限。根据升降平台几何结构关系,通过位移传感器测量调平油缸伸长量实时调整升降平台倾斜度实现一级调平;调平误差达到二级调平允许范围内利用角度传感器通过模糊PID控制系统进行二次调平实现精准调平。对试验台进行调平性能测试,试验结果表明:在不同负载和爬坡角度下升降平台一级调平误差均在2°以内,经过二次调平以后升降平台最终误差在0.5°以内,调平响应快,调平性能好,操控简便,适合丘陵山区果园作业环境。     

籽粒损失监测传感器敏感板局部约束阻尼设计

分析了籽粒损失监测传感器敏感板的响应与系统阻尼比的关系,提出了通过在敏感板敷设约束阻尼层增加振动系统阻尼比来快速衰减敏感板谐波振动的方法。通过对不同阻尼损耗因子敏感板进行籽粒碰撞响应试验,优选了敏感板的材料和结构形式,在此基础上运用ANSYS软件对敏感板进行了模态分析,确定了约束阻尼层在敏感板上的最佳敷设位置。籽粒碰撞响应试验结果表明,敏感板局部约束阻尼处理后,籽粒碰撞信号波形衰减至1.5 V所用时间由10 ms缩短到3 ms左右,大大提高了籽粒损失监测传感器的检测频率。     

作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验

为了实时、快捷、无损获取农作物生长信息,根据作物生长指标的光谱监测机理,研制了一种四波长作物生长信息获取多光谱传感器.采用光学滤波技术提高了光辐射信息输入信噪比,依据作物冠层特征及田间作业环境实际要求,设计了适宜的探测镜头结构参数,确保了多光谱传感器灵敏度与分辨效果,应用T型电阻积分网络搭建了微弱光谱信息放大电路.通过标定,获得了多光谱传感器与FieldSpec Pro FR2500型光谱仪的关系模型,决定系数分别为0.8028、0.8068、0.8185、0.8900.对小麦的试验结果表明,该传感器的平均测量误差分别为5.6％、4.6％、1.4％、4.5％.该传感器能够较好地实现作物冠层反射光谱的实时在线检测,为作物生长监测设备的研发提供了有力支持.     

联合收割机谷物损失传感器试验研究

为了提高联合收割机谷物损失传感器的测试精度,进行了大量物料试验,全面分析和总结了试验结果,进一步改进了联合收割机谷物损失传感器结构以及标定方案,加装了能起预紧和防松作用的限位-紧固螺母,更换了隔振垫,重新确定了标定小球.标定结果显示,传感器线性度有了显著的改善,从而有效地提高了测试精度.     

基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统

针对精细化农业生产管理发展及智能化农业装备的需求,研究了基于冲量定理及压电传感器的谷物流量检测技术,研制了谷物流量传感装置,并集成CAN总线技术,开发了基于CAN总线的冲量式谷物流量联合收割机测产系统。通过试验与数据分析,冲量式谷物流量传感器静态检测精度稳定、准确,动态测量快速、精准。结合CAN总线工作稳定、实时性强等特点,所设计的谷物流量测产系统具有实时性强、测量误差小和传输稳定的特点,谷物测量误差基本稳定在8%以内,谷物流量定位实时、精确,以此绘制的谷物产量处方图具有一定的可信性和实用性。      

基于GWO-MPC的联合收获机喂入量控制方法与仿真实验

收获机作为农业生产的重要生产工具，其喂入量控制一直是自动控制领域研究的热点问题。本文通过分析收获机工作方式，建立收获时收获机喂入量变化模型。设计开发收获机作业参数监测系统，以小麦作为实验对象，在我国华北地区开展田间实验，验证系统喂入量监测精度并同步采集产量、含水率和作业速度等参数，系统喂入量监测平均相对误差为8.55%。以收获机在割台高度不变条件下保持额定喂入量为控制目标状态，收获机作业速度作为控制量，采用模型预测的方法对收获机喂入量进行仿真控制。采用灰狼优化算法优化二次规划的权值矩阵，仿真结果表明，权值矩阵优化后，喂入量控制平均绝对误差小于0.1 kg/s,平均降低38.1%。喂入量控制误差与收获区域的产量成反比，与含水率成正比。在相邻时域内产量、含水率变化较小的收获区域效果更好。     

承载板式谷物质量流量传感器设计与试验

设计了不同材料、不同尺寸承载板式谷物质量流量传感器承载板和不同量程的承载板式谷物质量流量传感器弹性元件,在谷物质量流量模拟加载试验装置上进行了试验,试验结果表明测量精度与承载板和弹性元件的参数密切相关。在此试验基础上,研究了谷物流量对测量精度的影响。试验结果表明,谷物流量在0~2kg/s内谷物质量流量测量相对误差不大于2%,精度较高。当谷物流量超过2.5kg/s时,谷物质量流量测量相对误差超过5%。     

4种常见土壤含水量传感器精度分析及评价

针对目前市面上不同传感器测定结果差异过大,导致农业生产中效率低下的问题,选取了市面上常见的4种土壤湿度传感器（编号为A、B、C和D）,进行室内与田间试验,测试传感器的精度。试验结果表明,传感器B的测定结果与土壤真实含水量值最为接近（综合误差为5.14%）,而其他3种传感器测定值与真实含水量的差异较大（综合偏差均＞9%）。此外,当测试环境变化时,传感器对于相同含水量土壤的测定结果会随之变化,传感器测定误差值也随之变化,特定条件下误差值变化相当明显。测试也表明传感器厂家对传感器的初步校正具有局限性,如果想得到更为精确的结果,对传感器再次进行针对校正是必不可少的。