基于微波干涉技术的土壤介电特性测量

土壤介电特性的测量对研究土壤品质与性质尤其是研究土壤水分至关重要,在土壤微波地基遥感试验中,土壤介电特性的测量也是必不可少的。该文利用C波段微波辐射计成功获取了8组不同湿度土壤的微波辐射干涉数据,在分析干涉原理的基础上,提出了基于土壤干涉数据的土壤介电常数的计算方法。通过干涉计算得到的土壤介电常数与DOBSON模型计算结果非常接近。土壤介电常数的干涉测量方法为土壤介电特性测量提供了一种选择。     

低压宽温状态下气体流量的动态测量方法

针对气体绝对压力小于40kPa的低压、宽温(-70～+80℃)状态下流量的测量,目前仍无简便有效的质量流量测量手段的问题,该文基于动态平衡原理提出了一种流量测量方法,设计了一套流量标定装置,其原理为低压、宽温状态下,流经调节阀的流量取决于阀前、后压力、阀门开度、气流温度4个变量。通过对由流量标定装置采集的原始数据样本的分析,利用BP神经网络方法建立了流量与阀前、后压力、阀门开度、气流温度的关系表达式。试验结果表明模型计算值与实测流量偏差小于1.8%,验证了该文所提出的流量测量方法有效性。     

基于倾角传感器的拖拉机悬挂机组耕深自动测量方法

在拖拉机悬挂机组耕深自动控制系统中,位置测量具有重要的作用,该文提出了一种基于倾角传感器自动测量农机具耕深的方法。通过检测提升臂的水平倾角变化,由悬挂机构几何关系和倾角传感器输出特性推导出耕深值与测量电压值之间的线性关系并换算得到实际耕深。与其他传感方式相比,该方法具有封装小、集成度高、安装和维护方便、标定易操作的特点,测量综合精度为±1.4mm;虚拟终端显示装置可直观反映耕作过程中耕深控制的实时状况,为操作者提供有效的判断依据。田间试验结果表明,耕深稳定在-200mm时的标准差为8.19,低于五轮仪测量方式,测量稳定;耕深从-100mm下降到-200mm时响应时间为3.5s,少于五轮仪测量方式,动态特性更好;耕深稳定性变异系数为3.34%,满足农艺要求。论文提出的耕深测量方法、显示界面和自动控制系统对拖拉机设计具有一定的参考意义。     

拖拉机驾驶室悬置参数的优化与车内次声的控制

该文建立了拖拉机整机系统７个自由度的数学模型，推导了驾驶室质心振动的频响函数和振动响应的功率谱密度的计算公式，提出了一种驾驶室悬置参数的优化设计方法，并通过整机试验对优化结果进行了验证，通过实施该优化结果，使拖拉机驾驶室内的耳旁次声由原来的１０６．３ｄＢ降低到１０２．４ｄＢ．     

拖拉机犁耕机组外载的计算机分析方法研究

该文提出了拖拉机犁耕机组外载的计算机分析方法,建立了犁的平衡方程,用于分析力调节和高度调节机组犁的外载。定义了拖拉机外载向量,给出了在各种输入条件下外载向量的求解过程。     

拖拉机自动转向最优控制方法的研究

该文讨论了拖拉机自动驾驶(自动转向)控制点的选择，并且在此基础上建立了拖拉机跟踪直线行驶时的运动学与动力学模型，分别对基于这两种模型的拖拉机自动驾驶最优控制方法进行了研究，分析了参数选择对控制方法的影响。由于拖拉机是一个具有大延迟、高度非线性的复杂系统，为了减少试验确定参数时的试凑次数，提高其最优控制参数的整定精度，提出一种融合运动学与动力学模型各自特点的控制参数的确定方法，对拖拉机自动驾驶试验时控制参数的整定具有指导意义。结果表明，所提出的方法用于拖拉机自动驾驶是可行的。     

基于超声波的果树冠层三维重构与体积测量

为了克服地面不平整和拖拉机非线性行驶对果树冠层参数测量的影响,该文在超声波传感器阵列测量果树冠层体积技术的基础上,使用RTK-DGPS空间定位技术和姿态航向参考系统,通过空间坐标的平移和旋转转换,直接获得以大地坐标表示的果树冠层的三维点阵云图数据,通过PC机后台处理重构果树冠层三维轮廓和计算果树冠层体积,并详细介绍了系统的结构与工作原理。以果园荔枝树为试验对象,采用该系统对15棵不同高度和体积的果树进行了3次重复试验,另对56棵树的测量结果与人工测量结果进行了对比分析,试验结果表明该方法具有较好的重复性（     

基于彩色通道相似性图像分割方法的植物叶面积计算

为了快速、准确地测量植物叶面积,该文提出了基于彩色通道相似性图像分割的植物叶面积测量方法。该文基于彩色图像,利用像素彩色通道的相似性和自适应方法得到的阈值分割叶片区域,并分别统计叶片和参考矩形的像素数,进而计算植物叶面积。试验表明,该方法得到的植物叶片区域更准确,并且对叶片阴影、花斑等具有很强的鲁棒性,错分率为仅为1.23%,具有较高的精度。该方法是一种实用的通过拍照计算植物叶面积的方法,可嵌入到手机等移动设备中。     

变形拖拉机坡道制动性能分析

近几年来,由手扶拖拉机变型而来的变形拖拉机,其爬坡能力强,操纵性、制动性及运输速度较原机型都有较大的改进,随着农村运输需求的不断增加,应用日益广泛。受变型拖拉机生产企业的技术及生产条件等因素的影响,目前这种拖拉机的综合性能还有待进一步改善。针对农村道路运输条件恶劣,尤其是我国南方地区,坡道多、道路条件差,研究变型拖拉机的坡道制动减速度和制动距离是十分必要的。该文建立了变型拖拉机坡道制动减速度和制动距离的数学模型,以富强-18Y变型拖拉机为例,分析了影响制动减速度和制动距离的因素,讨论了质心位置、附着系数和坡度角对它们的影响趋势和程度,为变型拖拉机的设计提供了理论依据     

拖拉机前轮前束设计计算方法研究

该文从分析拖拉机前轮前束的运动状态出发,推导出一种前轮前束值的设计计算公式,并探讨了其相应参数的确定方法:对几种常用拖拉机的试验测试,证明了该计算方法的可靠性。     

基于虚拟现实的拖拉机双目视觉导航试验

针对农机导航系统的传统田间试验方式受作物生长状态的约束性较强,错过适当的作物生长时期将直接导致开发周期延长、成本增加等问题,该文提出了一种基于虚拟现实技术的拖拉机双目视觉导航试验方法。该方法以拖拉机为作业机械,苗期棉花为目标作物,在虚拟现实环境下建立田间作物行场景的三维几何模型,用于模拟田间试验场景;建立虚拟现实环境下的拖拉机物理引擎,根据实车参数及试验场景信息快速、准确地解算拖拉机的动力学参数,并且根据解算所得的状态参数在虚拟试验场景中实时渲染拖拉机的位姿状态;设计路径跟踪控制器,以经过双目视觉方法识别的田间路径为目标路径,根据拖拉机当前行驶路径与目标路径的相对位置关系解算并控制拖拉机前轮转向角度。以某型拖拉机参数为实车参数,采用大小行距方式布置5行曲线形态的苗期棉花作物行场景开展虚拟导航试验。拖拉机以不大于2 m/s的车速跟踪作物行时,平均位置偏差的绝对值不大于0.072 m、位置偏差的标准差不大于0.141 m;平均航向偏差的绝对值不大于2.622°、航向偏差的标准差不大于4.462°。结果表明:该文设计的拖拉机虚拟试验系统能够在虚拟现实环境下,模拟田间作物行环境开展基于双目视觉的导航试验,可为导航控制系统的测试及改进提供理论依据和试验数据。     

Changes in the rheological properties and density of a loamy sandy soddy-podzolic soil under the impact of a wheel tractor

Theoretical investigations and field tests have revealed the tendencies of the rheological properties and density of a loamy sandy soddy-podzolic soil under the impact of a wheel tractor. The rheological properties of the soil in the viscoelastic state have been described by a differential equation of the first order relating the compressive stresses with the variation rates of the compressive stresses and the relative vertical compressive deformation. The effect of the dynamic loads at the vertical vibration of a wheel tractor has been mathematically simulated. A method has been proposed for calculating the rheological properties and the soil compaction parameters under a running tractor that considers the effect of the variations of the dynamic load on the soil. Software products have been developed to implement this method. The effect of the main factors on the rheological properties of the soil and its compaction parameters under the impact of a tractor has been quantified.     

轮式拖拉机在典型路况下轮胎受力仿真分析

为了研究轮式拖拉机在典型路况下轮胎的受力情况,该文采用多体动力学软件RecurDyn进行轮式拖拉机建模,建立了包含4个车轮、前轴、后轴以及车架的简化模型,并给前轴和后轴施加合理的质量。利用RecurDyn的Fiala轮胎模块建立了轮胎与地面的相互作用模型,分别对轮式拖拉机在上20°坡、上44°极限坡、下20°坡和下34°极限坡等情况下的轮胎位移和受力进行了仿真分析,同时比较了拖拉机在两种不同车速情况下的轮胎受力。结果表明,在不同的坡度下行驶时,轮式拖拉机前轮受到的冲击力差别明显,上44°坡时受到的最大冲击力比上20°坡时增加了67.73%,下34°坡时受到的最大冲击力比下20°坡时减少了8%;在相同的路面条件下,当拖拉机以0.678 m/s过圆柱形障碍物时,前轮受到的最大作用力比在车速1.356 m/s时减小了16.13%。仿真分析结果可为轮式拖拉机轮胎受力研究提供参考。     

小型装载机FOPS受落锤冲击的动态响应

为了提高小型装载机防落物保护装置(FOPS)的抗冲击性，讨论了FOPS受标准落锤冲击的破坏现象，提出应用显式动态有限元法解决小型装载机FOPS的冲击响应。以ZL15装载机为例给出了有限元模型的建立方法和边界条件的施加方法。分析了落锤碰撞FOPS时的冲击力波形、FOPS的冲击变形规律和能量转换规律。结果表明：冲击力波形与方波假设不同；冲击过程没有FOPS构件侵入DLV，FOPS满足ISO3449的要求；第一次冲击FOPS吸收了83%的能量，第二次及其以后的冲击可以忽略。在冲击能量不变的前提下，分析了落锤高度和质量变化对FOPS冲击变形的影响规律。结果表明：落锤高度变小、质量变大时冲击变形反而变大。     

基于人体测量学的拖拉机驾驶员工作空间设计

针对中国拖拉机驾驶员工作空间设计在操纵性、舒适性、方便性和安全性等方面存在的不足,该文从人机工程学角度出发,基于中国成年男性人体测量尺寸,计算出设计所需的28项人体主要尺寸的平均值、标准差和百分位数值,建立了拖拉机驾驶员人体关节生物力学模型,确定了模型中连接与人体测量尺寸的数值关系。以乘坐基准点为参考,对驾驶员工作空间内的座椅、踏板、转向盘、变速杆、液压操纵杆和仪表盘等进行了设计布置。选取了5个国产拖拉机样机T1、T2、T3、T4、T5,针对样机T1,以驾驶员工作空间各相应部件位置的设计理论值为依据,对其驾驶员工作空间布置进行了评价分析,结果表明:样机T1的座椅靠背宽度与夹角分别偏离理论值130 mm和15°;离合器踏板及制动踏板在水平方向上分别偏离理论值131和145 mm;转向盘在垂直方向上偏离理论值114 mm;仪表盘在水平、垂直方向及其与水平面夹角分别偏离理论值121 mm、199 mm和23.2°,与理论值偏差较大。同理,对其他样机进行了评价分析,结果表明:样机之间同类部件参数值差异较大,样机驾驶员工作空间尺寸与通过人体测量尺寸数据计算得出的设计理论值差异明显,样机驾驶员工作空间设计布置不合理。该文为评价驾驶室工作空间布置是否合理提供了一定的参考依据,同时为拖拉机驾驶员工作空间的优化设计奠定了理论基础。     

基于GNSS姿态与电机编码器的农机转向角度测量系统研制

典型的农业机械自动驾驶系统需要在车辆转向轮上安装角度传感器测量转向角度,存在安装不便与可靠性差问题。该研究提出一种基于GNSS模块和电机编码器组合的转向轮转向角度测量系统。该系统通过组合利用GNSS姿态测量值与运动模型得到转向轮期望角度,利用电机转向速度和全液压转向阀的传递模型推算转向角度变化值,经卡尔曼滤波融合解算得到车辆转向轮的实时转向角度。与霍尔式绝对角度传感器对比的动态测试结果表明,该系统在直线行驶时的测量标准方差小于0.91°,在转向轮-10°～+10°区间,测量标准方差小于1.0°;直线自动驾驶作业时的导航误差小于2.5 cm,曲线作业自动驾驶的导航误差小于9.0 cm,满足农机自动调头等场景应用。     

拖拉机自动转向系统容错自适应滑模控制方法

为提高拖拉机自动转向系统的可靠性,该文提出了一种具有前轮转角容错检测能力的径向基函数(radial basis function,RBF)网络自适应滑模控制方法。综合考虑拖拉机姿态信息和控制输出,基于卡尔曼滤波算法推导得出拖拉机前轮转角的两个估计值,并结合角度编码器实际测量值设计了前轮转角容错检测输出算法;以容错输出算法的输出值作为状态量,提出一种利用RBF网络进行干扰补偿的前轮角度自适应滑模控制方法,并通过仿真试验验证了算法的有效性。开展了拖拉机前轮转角容错检测和自动控制试验,结果显示:基于侧向加速度的转角预估值最大误差为2.94?,均方根误差为0.81?;基于横摆角速度的转角预估值的最大误差为1.73?,均方根误差为0.12?;当人为施加故障干扰时,算法可以提供容错的转角输出;拖拉机转向控制系统可以快速跟踪期望前轮角度且超调量较小,最大控制误差为0.21?,均方根误差为0.07?。试验结果表明,容错自适应滑模控制方法提高了自动转向控制系统的可靠性和准确性,有助于解决拖拉机前轮转角测量装置故障率高的问题。     

丘陵山地轮式拖拉机车身调平系统设计与物理模型试验

为解决丘陵山地拖拉机在复杂工况下作业时车身难保水平、容易倾翻等问题,该文设计了一种新型拖拉机车身调平系统。基于数字化虚拟样机技术建立了具有该调平系统的丘陵山地拖拉机多体动力学模型,并对其进行了运动学和动力学仿真分析。运动学仿真分析结果表明,山地拖拉机车身调平系统结构能够实现调平运动且工作部件之间不发生干涉现象;通过动力学仿真分析得到车身调平系统中各个油缸以及关键零部件的动态受力和扭矩等关键数据,结果表明各部件受力能够满足强度以及刚度要求,证明了所设计的丘陵山地拖拉机车身调平机构的正确性。设计并搭建了具有调平功能的模型车体试验台,通过试验与仿真对比分析,最大误差为15%,最大平均误差为10.20%,验证了拖拉机车身调平系统仿真方法具有较高的精度,为拖拉机车身调平系统的设计提供了有效的理论支撑。     

步行轮及步行轮拖拉机试验

介绍步行轮的室内动力性能试验和水田现场牵引试验简要情况与试验结果,对理论计算值与实测值作了相应比较。试验结果表明:步行轮在具有一定硬底层的软湿地面上行驶时具有减小阻力、增大驱动力的优点,其单轮行走效率达50～52％,整机牵引效率达40％以上。