蓝莓采收机高通过性自行走装置设计及性能研究

针对国内蓝莓采收面临的难题,对蓝莓采收机自行走装置进行设计,该装置由液压驱动,采用框架式结构,由行走车架、发动机、液压执行元件、驾驶区等组成,对车架进行满载弯曲和扭转工况有限元仿真,确定车架强度满足力学性能要求,具有良好载荷配比及抗扭能力。对整机行走、转弯及升降性能分析,确保整机操纵轻便。该装置配置采收系统,对整机上下坡、横坡行驶及横向滑移稳定性分析,获得整机极限翻倾角及不同路面横向滑移角度范围。对样机进行试制及田间试验,试验结果与理论分析基本一致,整机行驶性能良好,最大行驶速度为11km/h,最小转弯半径为3 160 mm,适用果树高度1.1～2.0 m;整机作业稳定性强,上下坡及横向行驶翻倾角分别为51°、50°及44°,横向极限滑移角为40°;自行走装置与采收系统匹配性良好,采收效率为6.95 kg/min,果树重度损伤率为3.5%。     

基于履带式底盘的改进型森林消防车通过性

通过对林区复杂地形和现有消防设备的分析,在第一代消防车(LY1102XFSG30)结构上对底盘及上装进行了优化改造,由4个支重轮增加到5个支重轮,设计了一台大型履带式消防车(LF1352JP)。采用CREO软件对整车结构进行了三维设计与仿真,对消防车横向、纵向稳定性以及垂直越障和跨越壕沟进行了理论分析,分析表明,LF1352JP消防车满载时在斜坡上横向行驶所允许的最大斜坡角度为40.6°,空载时45.1°;纵向行驶时,满载时最大纵向上坡角度为52.0°,空载时60.9°,满载时最大下坡角度为47.2°,空载时45.8°;满载时越障高度为405 mm,空载时615 mm;满载时跨越壕沟宽度为1 248 mm,空载时983 mm。最后在试验场地进行了纵向爬坡、纵向下坡、跨越壕沟试验,试验验证了改造后整车牵引力和稳定性能方面都有了较大的提升,能够满足现阶段大型林区火灾作业的需求。     

小型果园升降作业平台的设计与试验

针对南方丘陵山区水果生产中采摘、疏花等作业环节劳动强度大、机械设备少、人工作业效率低,已有设备在丘陵山区作业时通过性不强、易失稳等问题,设计制造了一种小型履带自走式剪叉升降作业平台,该机器具有较小的底盘尺寸,能够控制回转支承进行方位调节,通过液压油缸实现升降、角度调整,使得载人工作台可调平,以提高机器稳定性能。对样机进行了模拟工作环境下的爬坡角度、转弯半径、调平以及倾翻稳定性能测试,相关指标达到了设计要求。结果表明,样机可升降高度1.2 m,最大行驶速度0.25 m/s,最小转弯半径0.75 m,不同负载和升降高度下平台的坡地静态倾翻角集中在(15°~30°)之间等,满足了工作要求。同时,样机外形尺寸较小,操控简便,适合南方果园种植模式和使用要求。     

高地面仿形性动力底盘的设计与试验

针对一般农业机械动力底盘在丘陵山区行驶、田间作业时,由于地形适应性差以及附着力不足导致车轮打滑,影响整机作业效果等现象,采用地面仿形原理,设计一种全时8轮驱动、5自由度仿形的山地农业机械动力底盘,并对底盘主要结构参数进行了分析计算。试验证明：底盘样机具有良好的地形适应性和通过性,且转向灵活,能够保持良好的附着力,满足在崎岖不平的道路行驶及田间作业要求。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

芦苇笋采收机研制

针对芦苇笋采摘无机械化采摘设备,人工采摘劳动强度大,作业环境泥泞,湿地行驶通过性和稳定性要求高等问题,该研究设计了一种自走式芦苇笋采收机。该机包括采摘装置、升举机构、收集装置、履带自行走底盘等部分,可实现满足农艺要求的芦苇笋自动化采摘和收集作业。整机由柴油机驱动,传动系统分为机械传动部分和液压传动部分,机械传动部分提供整机行走和收集纵向输送动力,液压传动部分提供采摘装置动力调整、横向收集调速和升举机构升降。首先,根据芦苇笋采摘掰扯受力特点设计了同步带牵引拖曳采摘装置,其俯仰角度0°～60°可调,前端最大离地高度600 mm,采收宽度876 mm;同时,根据通过性能和作业要求,采摘装置加装变幅升举机构,离地最大升举高度200 mm;之后,根据芦苇笋的生物特性设计了芦苇笋输送收集装置,纵向输送装置皮带速度为0.5 m/s,横向收集装置皮带速度为1m/s;最后,基于各个模块分布和传动关系,设计了履带自行走底盘,配套动力13.3kW。通过对整机动力和行驶性能进行分析计算,确定满负载动力需求,获得整机横、纵向极限倾角及横向滑移角。采摘试验表明,采摘机作业效果良好,采摘效率为71kg/h,损伤率为8%,漏采率7.6%;整机行驶性能稳定,行驶速度范围为0～9 km/h,采摘装置前端离地高度调节范围为0～638mm,可适应地势采摘芦苇笋;整机极限纵向俯角、仰角和横向倾翻角分别为50°、63°和45°,纵向极限滑移角和横向极限滑移角分别为42°和38°,湖区作业通过性和稳定性强。试验结果对自走式芦苇笋采收机的结构优化和智能化升级提供了可靠的技术支撑。     

1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

水田高地隙自走式变量撒肥机设计与试验

为解决现有水田撒肥机械地隙低、撒肥量调节技术落后、工作效率低等问题,设计了一种水田高地隙自走式变量撒肥机,介绍了整机结构与工作原理,研究设计了高地隙专用底盘、撒肥盘及排肥口调节装置,并确定了关键结构和参数,对以AT89C51单片机为核心的控制系统进行软硬件设计与系统集成。场地和水稻田间撒肥试验结果显示,推肥板推肥角度-20°～40°可调,机器最小转弯半径1.8m,撒肥盘离地高度可达1100mm,撒肥幅宽达14m,作业效率达到6hm2/h,试验结果表明撒肥机适合在水田里自主行走,整机与控制系统设计满足水田宽幅高效变量撒肥工作要求。     

温室用小型多功能电动履带式作业平台设计

针对温室果蔬管理、采运等作业环节人工劳动强度大、作业效率低,传统油动作业平台污染大、能源利用率低、结构尺寸与温室环境不符等问题,设计了一种温室用电动作业平台。该文阐述了其整体结构与工作原理,通过理论计算和Adams/view仿真分析等方法研究了关键部件结构及参数,并开发了一套具有双操作模式的控制系统,可实现对作业平台的远程和在线操作。通过台架试验及田间试验对作业平台不挂接拖车常规状态下的转弯性能、模拟坡面行驶倾翻性能、爬坡性能和作业续航性能等开展测试,试验结果表明:整机最小转弯半径为0.94 m,最高行驶速度2 km/h,200 kg负载下作业续航时间可达4 h电池电量下降均匀;模拟坡面行驶最大倾翻角分别为:纵向状态30.5°、横向状态20.6°、斜向状态25.6°,最大倾翻角随工作台的匀速升高、负载的均匀加重(高度随之增加)而逐渐减小,同时最大倾翻角还与作业平台和坡面的位置状态相关,纵向状态下平台作业安全系数最高,优于斜向状态和横向状态。田间试验结果表明各项指标均满足设计预期和温室结构农艺要求,该研究可为温室内果蔬管理、采摘及搬运提供参考。     

步进式水田中耕除草机的研制与试验

为解决水田的除草问题,增加现有机具的作业功能,该文在步进式插秧机底盘结构的基础上,研制了一种步进式水田中耕除草机。该机由步进式插秧机底盘提供动力,主要由机架、传动系统、仿形及耕深调节机构以及复合式除草部件指辊和刀辊等组成,可实现对杂草的拉拔和埋压。田间试验结果表明:该机配备复合式除草部件、工作速度为0.5m/s、除草深度为50mm时,行间除草率为83.7%,伤苗率为4.1%,可在草量多、杂草高的水田中进行有效除草。     

基于触感引导的小型水田行进底盘自动对行方法

为了解决小型水田底盘因路径偏差导致的稻苗碾压损伤问题,该研究提出一种基于触感引导的自动对行方法。采用自制的感测器获取稻株定位历程触感数据,通过数据的分割阈值设定、区域谷值提取、横向距离标定获得感测器与稻株的横向距离。根据水稻机械化移栽行距规整性,利用行距与定位数据几何关系校验稻株定位数据,解算获得稻列方向相邻稻株中点位置,实现对行目标点坐标提取。基于时变坐标系跟踪方法,控制转向电机实时校正路径偏差,实现小型水田底盘自动对行。田间性能试验表明：当行进速度为0.5m/s时,自动对行绝对误差平均值为3.11cm、绝对误差标准差为1.10 cm、绝对误差最大值为4.75 cm,研究成果为水田环境作业底盘自动导航提供了新思路和借鉴。     

机滚船犁耕作业的转弯稳定性研究

为了解决机滚船犁耕作业转弯时的横向倾翻问题,采用理论计算与水田试验相结合的方法,通过对机滚船犁耕作业时的运动学和动力学分析,从稳定性角度出发,建立数学模型。经过分析和计算,求出了机滚船犁耕作业时最小转弯半径的关系表达式,将其运用到1BG-0.9型带铧式犁机滚船上,计算出了该机滚船的最小转弯半径。通过水田试验,确定了该机滚船转弯时不发生横向倾翻的最小转弯半径和最大转向角,保证了其转弯稳定性。研究结果为该类机滚船的设计开发提供了充分的理论依据。     

标准四驱水田自走底盘转向驱动桥设计与工程结构分析

为通过标准四轮驱动形式提高水田自走底盘的通过性,设计了一种转向驱动桥,因其壳体结构及受力非常复杂,为保证在设计过程中精确控制刚度和强度,利用CATIA有限元分析模块,在桥壳3D图形上建立了各组成壳段间具有联接关系和力传递特性的车轿装配体有限元分析模型,并根据底盘工况特点及力学分析的数据划分特征区域、施加约束及载荷边界条件,计算出车桥的变形和应力分别为0.218 mm、121 MPa,结合进一步的实物样机测试表明,该种结构铝制车桥的刚度与强度满足设计要求及相关行业标准。该文为以轻量化和高通过性为目标而采用的标准四驱形式的底盘进入性能验证阶段提供指导,也为类似具有复杂结构及复杂受力机构的设计提供参考。     

无线遥控步行插秧机的设计与试验

无线遥控步行插秧机有广阔的市场前景和应用价值,在不借助人力的情况下,田间地头原地180°转向是一大难题.为此,作者发明了一种具有升降功能的辅助行走机构,在田间地头借助大幅度升降功使浮板能够完全脱离泥面,减少转向阻力.在分析了该机构的结构特点及工作原理基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助优化设计与分析软件,并结合"参数导引"启发式优化算法快速优化求解得到满足辅助行走机构工作要求的一组参数,基于优化所得参数进行结构设计,并进行了物理样机加工试制与装配.同时,开发了末端气动执行系统和基于串口通信的无线遥控系统.在规格为10m×20m,泥脚深度为15~25cm的水田中进行田间试验,将插秧机的行走速度设定为0.45和0.90m/s,试验结果表明,在无线遥控状态下,该机型可以完成插秧、直线行驶、全自动90°转向和田间地头原地180°转向.辅助行走机构和控制系统满足无线遥控步行插秧机在田间正常作业要求,验证了机构和控制系统的可行性.     

紫色土稻田磷素流失潜能及其水分管理研究

通过对紫色土稻田田面水和土壤样品磷素的分析,研究了水稻不同生育期田面水磷素含量和土壤磷素的含量特征。结果表明:田面水磷浓度随着施磷水平的提高而提高,水稻移栽后的2周内应禁止排水,这期间水稻的水分管理应采取浅水灌溉栽秧、浅水返青。田面水TP和DP浓度随时间(x)的变化呈极显著的对数(y=a.ln(x)+b)下降规律,可通过对数方程推算对环境影响小的排水时间。在水稻移栽后第36天和第86天总磷流失负荷分别为124～501g/hm2和40～211g/hm2。稻季施磷肥会造成对地下水体的污染,且田面水中磷浓度较高一直持续40天左右,稻田磷肥大量径流流失也主要发生在这一时期,要加强这期间的田间管理,并收集稻田的排水用于后期灌溉稻田。