联合收割机喂入量检测方法研究

为了对比不同喂入量检测方法的性能,并明确不同作业状态参数对联合收割机喂入量的表征程度,设计了基于割台传动轴扭矩、脱粒滚筒轴扭矩、过桥底板压力、割台传动轴转速、过桥轴转速及脱离滚筒轴转速这6个变量的喂入量间接检测系统。以南粳9108为试验对象,以中联重科4LZT-6.0ZE型联合收割机为试验平台,进行了系统试验,并通过数据采集卡采集各传感器输出,对输出数据进行了性能分析及主成分分析。试验及分析结果表明:扭矩系统整体性能优于压力系统,割台主动轴扭矩、脱粒滚筒轴扭矩、过桥底板压力及三轴转速对喂入量变化的贡献率达85%以上,且脱粒滚筒轴扭矩对于喂入量变化的表征程度最高。研究结果为联合收割机喂入量检测方法优化提供了参考。     

联合收获机喂入量测量方法

在DF-1.5型物料脱粒分离、清选仿真与控制试验台上对联合收获机的喂入量测量方法进行了试验研究,提出了通过测量喂入主动轴的扭矩,从而间接测定联合收获机的喂入量的方法。在分析了喂入主动轴扭矩与喂入量之间数学关系的基础上,通过试验获得喂入主动轴扭矩和与之对应的喂入量值,得出了喂入量与喂入主动轴扭矩之间回归方程式,为联合收获机喂入量的测量提供了试验和理论依据。     

油菜收获机割台螺旋输送器间隙自适应调节机构研究

针对油菜联合收获过程中由于喂入量波动导致割台螺旋输送器堵塞的问题,设计了一种割台螺旋输送器间隙自适应调节机构,实现喂入量变化时实时改变滑块位移以自动调节输送器与底板之间的间隙。输送器动力学与运动学分析确定了调节机构预紧弹簧最大预紧力和调节位移分别为366 N和50 mm。运用扭矩传感器和高速摄像技术分别开展输送器扭矩和调节位移的性能试验,当弹簧预紧力和刚度分别为293 N和12.65 N/mm时,输送器扭矩为8.267 N·m,减少了40.7%,调节位移为10.2 mm,调节机构性能较优。调节机构对输送器性能影响试验结果表明:增设间隙自适应调节机构可明显降低扭矩并增加最大喂入量,螺旋输送器转速为150 r/min时扭矩减小了23%;转速为200 r/min时,最大喂入量增加至3.5 kg/s,提高了16.7%。喂入量在不大于3.0 kg/s范围内波动时,试验组最大扭矩小于对照组,说明调节机构可较好适应喂入量的波动。田间试验表明间隙自适应调节机构可提高输送器对喂入量的适应性,避免割台堵塞,后续的脱粒装置、清选装置等工作部件未发生堵塞,油菜联合收获机可正常工作。     

小麦植株建模与单纵轴流物料运动仿真与试验

针对单纵轴流小麦联合收获机物料输送中出现的堵塞问题，对小麦在螺旋输送器、倾斜输送器和脱粒滚筒螺旋喂入头中的输送过程进行理论分析，确定了影响小麦输送性能的主要因素及参数范围；利用EDEM软件建立了收获期小麦植株离散元模型，并采用EDEM-Recurdyn耦合的方法，构建了小麦从螺旋输送器喂入、经倾斜输送器，直至到达脱粒滚筒的输送系统仿真体系，分析了小麦在连续输送过程中的迁移规律、轴向速度和局部物料质量流率变化情况。以喂入量、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速和脱粒滚筒转速为试验因素，以物料输送时间为试验指标，进行四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验，结果表明：各因素对输送时间的影响由大到小依次为喂入量、脱粒滚筒转速、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速；当喂入量为7.52kg/s、螺旋输送器转速为308r/min、倾斜输送器主动轴转速为369r/min、脱粒滚筒转速为1083r/min时，输送时间为6.37s，输送时间最短，采用高速摄影技术拍摄物料输送情况，结果表明试验与仿真模拟误差为4.08%，验证了数值仿真结果的可靠性，为解决单纵轴流联合收获机输送系统的堵塞问题提供了理论依据。     

联合收获机喂入量监测系统设计与试验

为了能够实时、准确地获取联合收获机作业过程中的喂入量信息,设计了基于割台传动轴扭矩的喂入量监测系统,并建立了喂入量预测模型。该监测系统主要由信息感知模块、车载终端和移动终端构成。信息感知模块包括扭矩传感器、霍尔传感器和GPS模块等;车载终端将采集信息本地显示并打包上传;移动终端实现了对联合收获机作业参数的远程监测。在建立喂入量预测一元线性回归模型基础上,对扭矩信号进行了双阈值滤波和低通滤波。田间试验结果表明,该系统运行稳定,通信良好,一元线性回归模型预测决定系数为0. 755。滤波方法能够有效地滤除噪声,滤波后预测决定系数提高至0. 852,能够在一定程度上满足联合收获机喂入量监测的实际需要。     

整秆式甘蔗收获机输送调控系统设计与试验

针对甘蔗生长的随机性使收获机喂入量随时变化,易导致整秆式甘蔗收获机输送堵塞或工作效率低下的问题,设计了一种整秆式甘蔗收获机输送调控系统。该系统由动态扭矩传感器、PLC控制系统、液压系统、伺服电机系统组成,通过实时调节输送辊转速与喂入速度使得甘蔗收获机输送能力与喂入量相匹配,减少甘蔗堵塞情况。通过搭建甘蔗收获机试验平台,开展甘蔗输送调控试验。甘蔗输送调控试验结果表明,安装了输送调控系统后,各试验水平下的甘蔗平均输送速度为4.06、3.42、3.04、2.42m/s,相比无调控系统有了明显提升,并且收获机输送能力在喂入量峰值过后恢复到初始值,保证了工作效率;调控试验的平均堵塞率降低到5%,输送调控系统对缓解输送堵塞有显著作用。     

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。     

油葵联合收获机专用割台设计与试验

针对国内现有油葵联合收获机割台存在的物料堵塞、堆积以及因拨禾轮回带导致的葵盘无法进入割台等问题,结合我国油葵种植模式和农艺要求,设计了一种拨禾轮式油葵联合收获机专用割台。对分禾过程中油葵茎秆的姿态进行分析,确定了内分禾器宽度、长度和内分禾器间隙;选取不同拨禾速比λ,对拨禾轮运动轨迹进行仿真分析,确定了拨禾速比取值范围,并得出拨禾轮的最优直径和转速;为降低输送器输送时拨指对葵盘的击打和油葵茎秆的缠绕,设计了刮板式输送器;为保证良好的切割效果,基于刀机速比γ,确定了往复式切割器切割速度。在新疆维吾尔自治区阜康市河南庄子村进行了油葵收获田间试验,当整机前进速度为0.8 m/s时,喂入量为3.3 kg/s,割台平均损失率仅为1.42%,整机作业效率0.69 hm~2/h。收获作业过程中整机运行平稳,割台收获过程无堵塞、无缠绕,满足油葵联合收获机割台的设计要求。     

穗茎兼收鲜食玉米收获机割台自适应仿形系统研制

为了解决穗茎兼收鲜食玉米收获机割台仿形存在的问题,基于超声测距原理,研制了一种穗茎兼收鲜食玉米收获机的割台自适应仿形系统。该系统中,超声波测距传感器安装在割台分禾器前端,用于实时检测割台分禾器与地面高度差,将高度差信号传输至玉米收获机的中心控制终端,由控制终端发出相应调整指令,控制割台调整液压系统进行割台高度调整,实现玉米收获机在作用过程中的割台自适应仿形。以190kW四行的穗茎兼收鲜食玉米收获机为样机,搭载所研制的割台自适应仿形系统,开展仿形系统验证试验,玉米机作业行走平均速度4km/h,割台转速400r/min,安装在2个超声波测距传感器,割茬高度控制在90-110mm范围内,试验结果显示,在累计作业8小时的整个过程中,割台调整平稳,割台无触地现象,试验结果验证了所研制的割台仿形系统的有效性。     

联合收获机喂入量监测系统信号分析与处理

为实现对联合收获机喂入量的准确测量,降低作业环境和机器振动对测量精度的影响,对喂入量监测系统的扭矩信号、转速信号和GPS信号进行了分析与处理方法研究。根据GPS信号格式对其进行了有效信息提取、高斯投影变换和作业参数计算;根据转速脉冲信号计算转速,并对其进行插值;对扭矩信号进行了分析和双阈值滤波,对信号插值方法和降噪方法进行了对比测试。以田间采集喂入量信号为样本,对扭矩信号进行双阈值滤波、插值和降噪,对比了不同插值方法的预测效果和不同滤波方法的降噪效果。结果表明,在样本范围内,分段线性插值和自适应滤波效果优于其他方法,经信号处理后的喂入量测量平均相对误差为12. 5%,在一定程度上能够满足联合收获机喂入量监测的实际需要。     

4QM-4.0型麻类青饲料联合收获机割台结构设计与试验

针对现有牧草收割机收割饲用苎麻作物时，割台输料不畅，搅龙易被麻类纤维缠绕的问题，设计一种专用收割机割台。该割台由往复式切割装置、拨禾轮、茎秆捡拾输送器及螺旋搅龙组成。根据饲用苎麻的田间生长特性及物料特点，开展收割机割台设计。通过理论计算与试验分析，确定割台各关键装置结构参数：拨禾轮的圆周半径为840 mm、切割器离拨禾轮轴高度为1 470 mm、拨禾轮转速27.9 r/min、升降行程为700 mm、往复式割刀曲柄转速为540 r/min、茎秆捡拾输送器拨齿轮滚筒半径为150 mm、转速为152.80 r/min，喂入搅龙直径为320 mm、转速为170 r/min。田间试验表明：该机收获损失率为3%，标准草长率为91%，作业小时生产率为0.25~0.35 hm2/h，割茬高度为150 mm。收割时，割台未出现堵料及纤维缠绕现象；收割后，苎麻割茬整齐，未发现作物茎秆基部存在明显撕裂现象。试验结果表明往复式切割器切割效果良好，整机工作性能稳定，该收割机割台能够满足对饲用苎麻作物的收割要求。     

玉米青贮收获机多参数检测系统设计与试验

针对当前玉米青贮收获机作业参数人工检测效率低、自动检测手段匮乏、检测参数间相互独立、难以支撑关联分析等问题,设计了基于CAN总线和虚拟仪器的玉米青贮收获机田间多参数检测系统。该检测系统由作业质量检测装置、机械部件工况检测装置、液压部件工况检测装置和上位机监测软件构成,可以实现发动机输出转速与扭矩、割茬高度、收获生产率、割台工作转速与扭矩、切碎辊工作转速与扭矩、抛送风机工作转速与扭矩、行走部件转速与扭矩、喂入部液压泵输出流量与压力等多种参数的系统性测量与综合分析,并结合现行标准用于玉米青贮收获作业的整机合格性评价。田间试验结果表明,多参数检测系统能够实现玉米青贮收获机作业参数的全面、动态、连续和稳定测量。其中,扭矩参数静态测量的最大相对误差在±0.5%范围内,空载工况下的试验组间均值差异性不大于0.75 N·m,试验组内重复性测量最大极差为1.28 N·m,最大变异系数为0.012;收获工况下的检测数据与实际工况始终保持一致,可以准确获取不同机器参数下的整机转速与扭矩动态变化趋势;液压流量参数测量的最大相对误差为1.13%,额定作业工况下的相对误差为0.53%;收获生产率参数测量的模型回...     

甘薯秧蔓收获机专用割台设计与试验

针对甘薯分段收获技术需求,结合国内外甘薯收获技术及装备,提出一种甘薯秧蔓收获方式,并设计甘薯秧蔓收获机专用割台。该甘薯秧蔓收获割台主要由拨禾切割装置和防堵防缠输送装置组成,可以实现甘薯秧蔓的切—送—归集。首先,理论分析该割台的关键部件结构参数及传动配置关系,确定拨禾切割装置上仿垄型排列的割刀和弹齿的安装高度和安装密度,以及拨禾轮、割刀和弹齿的结构参数。其次,通过对拨禾切割装置、捡拾装置和螺旋输送装置进行运动学和力学分析,明确拨禾轮、捡拾器、螺旋输送绞龙转速和结构决定秧蔓切割效果和收获质量,并确定捡拾器和螺旋输送绞龙的关键结构参数,最后进行田间试验验证该机具的切—送—归集收获效果。结果表明：当整机前进速度为0.6 m/s,拨禾轮转速为46 r/min,捡拾器转速为43 r/min,割台损失率仅为1.3%,整机作业效率为0.45 hm2/h。割台搭配48 kW拖拉机在工作过程中运行稳定,割台在工作过程中无堵塞、无缠绕,满足甘薯秧蔓联合收获机的设计需求     

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。     

9 R-60型揉碎机试验台设计及单因素试验研究

9R-60型揉碎机目前应用非常普遍,但因其功耗大、效率低等实际问题急需对其结构参数进行优化设计。为此,在现有机型的基础上,设计并搭建了一个长、宽、高分别为718、712、687 mm的9R-60型揉碎机试验台。经过强度校核,设计了连接主轴等关键零件,在传动主轴和皮带轮之间通过联轴器、连接主轴和支架等接入JN 3 3 8-AN系列直连式扭矩转速传感器,为后续开展功率、揉碎质量等目标参数优化设计的单因素(如转子转速、秸秆喂入速度和喂入量等因素)正交试验和振动测试试验提供了平台。对揉碎机进行单因素试验表明:揉碎机揉碎质量随主轴转速的增大呈现增大的趋势,随喂入速度的增大呈现减小的趋势,随喂入量(不超过机器本身最大喂入量)的增大秸秆丝化率变化趋势几乎都在95%左右;揉碎机功耗随主轴转速、喂入量、喂入速度的增加呈现增大的趋势。     

大蒜收获机参数优化试验研究

为了解决大蒜收获效率低、损伤率高的问题,设计了一种大蒜收获机,主要包括动力系统、传动系统、行走系统、操纵系统、振动系统及切割系统。同时,采用了二因素五水平二次正交旋转组合方法对影响其性能的入土深度和入土角度这两个主要因素进行了参数优化试验,获得取整后的最佳参数组合为:入土深度8cm,入土角度21°。田间试验结果表明:大蒜挖出率为97.96%,大蒜损伤率为1.03%。研究结果对大蒜收获机的研发提供设计依据。     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。