随机激励状况下挂接车辆柔性牵引技术的试验研究

为改善挂接车辆的行驶平顺性状况，建立了平稳随机激励状况下挂接车辆的随机参数动力学微分方程，并进行了等效参数化。优化设计了挂接车辆的柔性牵引装置，并进行了仿真分析和平顺性试验，结果表明使用经过优化设计的柔性牵引装置后，改善了挂接车辆在平稳随机路面激励状况下的牵引运行状况和行驶平顺性状况。     

少免耕播种机牵引阻力远程监测系统

针对少免耕播种机牵引阻力的监测,该文提出了一种能够实时采集信号、无线传输数据、现场移动监测、远程同步监测的少免耕播种机牵引阻力监测系统。该系统通过在3点悬挂杆铰接处安装2维轴销测力传感器实现对其受力情况的实时检测。采用无线传感网络技术(wireless sensor network,WSN)实现传感器信号采集和数据短距离无线传输。采用嵌入式技术开发无线数据监测移动终端,实现牵引阻力的现场监测以及数据转发。利用Visual C++开发的远程监测软件,在远程计算机上实现牵引阻力的动态监测、实时显示、在线分析和批量存储。经计量,该系统模拟量检测最大误差为4 mV,线性度为0.04%。田间试验表明:系统实现了少免耕播种机牵引阻力的现场移动监测以及远程同步监测,系统使用方便并降低了田间测试的复杂程度。     

免耕播种机单体工作性能试验研究

分析了免耕播种机单体的受力,在土槽上对四杆悬挂机构的免耕播种机单体的工作性能进行了试验研究,建立了开沟器牵引阻力和入土阻力回归的数学模型。以此对水平阻力和垂直方向阻力进行了分析。结果表明在土壤坚实度为16×10⁵～26×10⁵Pa范围内,开沟器入土阻力为686～980N,牵引阻力为441～784N;随工作速度和附加配重的增加,入土阻力和牵引阻力均增大。在受力特征研究的基础上,对影响开沟深度稳定性的结构参数及作业条件进行了分析,建立了播种机单体开沟深度稳定性数学模型,为免耕播种机合理设计提供参考     

免耕播种机圆盘破茬刀工作性能分析与试验

针对圆盘破茬刀切茬速度影响破茬质量、切茬阻力难以定性分析、缺乏破茬刀实际应用的工作参数等问题,该文分析了破茬刀滑移对切茬速度的影响,建立了破茬刀垂直阻力和牵引阻力模型,以破茬深度和牵引阻力为试验指标进行了田间试验。结果表明:破茬刀滑移对切茬速度产生不利影响,牵引阻力在切割土壤时变化不大,在切割根茬时呈先增加后减小的变化趋势,破茬深度随配重和机组前进速度的增加而增大,牵引阻力影响因素的主次顺序为:配重、机组前进速度、破茬刀类型。为了保证破茬深度达到80 mm,田间作业时分配到破茬刀的最小质量及牵引阻力和破茬刀类型有关:平面圆盘为148 kg,最小牵引阻力为2.52 N;波纹圆盘为172 kg,最小牵引阻力为2.75 N;涡轮圆盘为160 kg以上,最小牵引阻力为2.65 N。该研究可为圆盘破茬刀及免耕播种机的设计和应用提供参考。     

不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性影响的时域模型仿真分析及试验研究

为了考察不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性的影响,构造了一种能同时反映不平路面对车辆的垂直与纵向激励状况的随机接地印迹轮胎模型,建立了其相应的车辆动力学模型,并在确定性函数路面激励状况下对该模型进行了时域仿真,分析了其对挂接车辆牵引架动态纵向力的影响。仿真分析结果与试验结果相吻合。     

马铃薯播种机播深调控装置设计与试验

针对现有马铃薯播种机大多采用整体仿形,无单体仿形机构而引起的仿形效果不佳、播深合格率较低、出苗整齐度较差等关键问题,研究设计了一种马铃薯播种机播深调控装置。阐述了该播深调控装置的主要结构和工作原理,通过对播深调控装置的动力学分析,建立了播深稳定性的数学模型,结合马铃薯播种机播深一致性的农艺具体要求,确定了该装置的理论结构参数,并得出了影响开沟深度稳定性的关键因素。采用旋转正交的试验方法,以初始牵引角、弹簧刚度和机具作业速度为试验因素,开沟深度合格指数和开沟深度变异系数为试验指标。试验结果表明:在作业速度为1 m/s、初始牵引角为0、弹簧刚度为10 N/mm时,开沟深度合格指数为96.6%,开沟深度变异系数为8.9%,满足马铃薯播种作业的要求。该研究为提高马铃薯播种机播种深度一致性和马铃薯苗齐苗壮的播种关键问题提供了设计参考。     

大蒜播种机种植机构的设计

为了满足大蒜在栽植过程中保持蒜瓣鳞芽朝上垂直入土且蒜瓣弓背面朝向一致的农艺要求,该文根据蒜瓣的外形特征,设计了一种大蒜播种机种植机构并对该机构进行详细的理论分析,运用Solidworks软件对该机构进行建模并通过3D打印机打印出零件,然后组建试验台对该种植机构进行试验。试验数据显示采用该种植机构不但可以确保大蒜弓背面朝向一致,而且播种机前进速度的变化对蒜瓣垂直度的影响较小。该文为大蒜种植机械种植机构的设计提供了一种设计方法,为研究大蒜播种机和同类机具提供了参考。     

2BST-160型播种机性能试验台研究

主要介绍了2BST-160型播种机性能试验台的总体设计、主要工作总成分析和试验结果。该试验台采用胶带运动系统、自动喷油刮种和基于图像处理分析的粒距检测系统，可实现精密播种机、谷物条播机和播种单体、排种器的播种均匀性试验及其他作业性能试验，具有检测准确、可靠、直观和粒距测量的可溯源性；采用全液压自动控制与十字轴机构实现播种机具在4个方向倾斜11°和高度升降调整模拟坡度播种性能试验；由计算机与PLC系统对执行机构进行实时控制，实现全自控的性能试验，同时也可手动方式进行试验。     

地轮前置式中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台研制

针对中型免耕覆秸垄作玉米播种机运输和作业转场困难的问题，该研究通过理论分析与虚拟仿真技术相结合，提出中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台装载方案，确定了地轮参数、液压系统和传动系统的布置形式，实现整机作业状态和运输状态的转换，并通过仿真测试液压系统动作顺序，简化液压系统控制流程，保证整机同步升降。仿真分析结果表明，运输时制动状态下的机架强度满足要求，地轮机构具备良好的强度和刚度特性，且存在优化空间。经过轻量化设计后，与优化前相比，辅助型地轮机构质量减少26.72%，兼用型地轮机构质量减少10.96%。样机试验表明，地轮平台可同步抬升整机，并通过拖拉机侧向牵引进入运输状态，作业状态转换用时5 min。该研究将高机动性平台技术应用于中型免耕覆秸垄作玉米播种机上，解决了播种机作业转场困难的问题，也可为宽幅农机装备的转运平台设计提供参考。     

2BF-1400型水稻覆膜播种机覆土机构参数优化与试验

为提高水稻覆膜旱直播技术的关键环节膜上覆土质量,试验研究了水稻覆膜播种机的覆土机构性能参数对覆土质量的影响。以播种机前进速度、覆土圆盘直径和覆土圆盘偏角为影响因素,采用Box-Behnken中心组合试验设计方法,建立了水稻覆膜播种机覆土合格率的数学模型,分析了各机构参数对覆土质量的影响规律。结果表明:在试验参数范围内,各因素对覆土合格率影响程度由高到低依次为前进速度、覆土机构圆盘偏角、覆土机构圆盘直径。当水稻覆膜播种机前进速度为5.3 km/h、覆土圆盘直径为336 mm、覆土圆盘偏角为34°的参数条件下,平均覆土厚度22.44 mm,覆土率100%,平均覆土合格率达到97%,平均出苗合格率达到87%。研究结果为水稻旱直播覆膜播种机的应用和推广提供了技术依据。     

并联驱动机械腿运动学静力学性能评价及几何参数设计

为了拓展农业机器人的作业场合,该文对一种三自由度六足腿式机器人并联驱动机械腿机构进行了运动学静力学性能评价及几何参数优选。首先,求解了足端线速度和角速度之间的耦合关联矩阵,定义了该腿部机构的运动学性能评价指标,绘制了该指标的分布图。其次,建立了腿部机构驱动静力学模型,分别利用机械腿在重力方向的最大承载力和驱动关节的最大扭矩定义了该腿部机构在软、硬地面下的驱动静力学性能评价指标。基于线性空间理论求解了驱动机构的约束雅克比矩阵,定义了约束静力学性能评价指标,通过绘制驱动与约束静力学性能评价指标分布图揭示了该腿部机构静力学性能在工作空间内的变化规律。再次,结合各项运动学和静力学性能评价指标,利用搜索法对该腿部机构几何参数进行了多目标优选,并给出了一组较好的几何参数。优选结果表明:平行四边形铰链长连杆及连接连杆的几何参数分别为330 mm和140 mm,地面接触连杆几何参数为320 mm时,腿部机构的综合性能得到改善,具体表现为运动性能提升了5.46%,重力方向最大承载力提升了18.02%,驱动关节的最大扭矩减小了6.33%。该研究结果可为该六足机器人步态规划及控制和应用提供参考。     

四足机器人腿部并联机构末端位置误差分析与验证

为合理确定应用于四足机器人腿部机构的2自由度平面并联机构零件制造公差范围,该文进行了并联机构末端位置误差灵敏度分析与工作空间内的位置精度预估,建立2自由度平面并联机构位置方程;采用全微分理论建立2自由度平面并联机构的误差模型,得到各误差源相对于末端位置误差的映射关系;建立机构位置误差灵敏度模型与评价指标,借助灵敏度评价指标揭示出统计意义下各几何误差源对末端位置精度的影响程度;依据3?原则与灵敏度评价指标,确定了各误差源的零件制造公差;采用三坐标测量仪对试验样机制造误差值进行测量,依据误差模型对末端位置精度在工作空间内的分布进行预估及实例验证。结果表明:实际位置精度值与理论位置精度预估值最大误差绝对值为0.0038 mm,最小误差绝对值为0.001 5 mm,各误差值均较小,验证了误差传递模型、位置精度预估的正确性及该方法确定构件制造公差的有效性。研究结果可为四足机器人腿部机构的运动学标定、误差补偿及执行精确任务时的轨迹规划提供理论依据。     

混合驱动五杆花卉盘栽机构的优化设计与试验

为实现盘栽机构的轻简化和运动设计的灵活性,该文以一种混合驱动五杆机构来实现花卉穴盘苗盘栽运动。根据工作要求拟定机构轨迹,以变速电机最小角速度波动为目标,基于遗传算法优化得到机构中机架位置为(0,-150)和(-267.20,61.87),五杆机构的杆长分别为152.80、324.55、336.56、100.40、302.60、341.00 mm。建立花卉盘栽机构三维模型,利用ADAMS进行了机构运动仿真,验证了机构优化设计结果的正确性。对混合驱动五杆花卉盘栽机构控制系统进行了设计,试制样机并开展了花卉盘栽试验。通过进行花卉移栽试验,测试得到花卉移栽轨迹高度为265 mm,取苗倾角为140°,取苗时入钵摆角为6.92°、出钵摆角为6.27°,取苗环扣宽度小于3 mm,植苗倾角为90°,植苗时入盘摆角为13.19°、出盘摆角为4.19°,植苗段垂直轨迹大于40 mm。花卉移栽的平均成功率为87.16%,表明混合驱动五杆花卉盘栽机构可以实现花卉盘栽工作。研究拓展了混合驱动的应用领域,可为全自动花卉盘栽装备的研发提供参考。     

仿螃蟹步行机构及其通过性试验

仿生步行机构的研究对于复杂地形的行走机构开发具有十分重要的意义。为了设计出性能优越、结构简单的仿生步行机构,通过分析中华绒螯蟹的行走步态,提出了仿螃蟹步行机构的设计方案。由于螃蟹尾端的两只步足较少参与行走,为简化设计,将步行机构设计成6足式,腿部运动由六连杆机构实现。利用三维建模软件CATIA建立了步行机构整体模型,并在ADAMS中完成了运动学分析,得到步行机构足端运动轨迹,结果表明该步行机构能够完成预期的动作。根据设计加工出样机,在非常规地面上与轮式模型车进行通过性对比试验,结果表明仿螃蟹步行机构在农业生产所涉及的松软地面上具有较高的通过性能,在崎岖硬地面上波动比轮式模型车降低5%~75%。该步行机构还可作为试验平台,通过对其腿部杆件尺寸和足端触地方式的优化,为开展提高步行机构在不同地面通过性提供基础研究设备条件。     

斜齿外啮倾斜式宽窄行插秧机分插机构的设计

依据水稻宽窄行种植农艺要求,利用交错轴斜齿轮传动机构,设计了一种倾斜式宽窄行分插机构;在保证育秧方式和秧箱不变的前提下,实现了宽窄行插秧。针对倾斜式分插机构取秧时存在的问题,提出了直取式栽植臂方案。对分插机构进行了机理分析,采用矩阵法对秧针位姿改变带来的一系列变动进行理论分析,完成了交错轴斜齿轮倾斜式宽窄行分插机构的相关计算,得到机构最优倾斜角γ=9.89°;栽植臂水平调整角度δ1=6.79°;秧针平面与水平面的夹角δ2=γ=9.89°;利用虚拟试验验证了方案的正确性和可行性。     

基于共轭凸轮的强制推秧机构反求设计

针对传统推秧机构存在的推秧结束时间提前或滞后问题,提出了基于共轭凸轮的强制推秧新型机构。该新型推秧机构由共轭凸轮实现推秧杆的推出和缩回。根据椭圆齿轮行星系驱动机构及插秧农艺要求构造了推秧杆的运动学曲线,建立了该推秧机构反求模型,并基于Visual Basic 6.0编写了该推秧机构的反求设计及仿真软件,反求得到一组满足农艺要求的较优参数,包括机构参数和凸轮廓线。主副凸轮最大压力角都小于许用压力角,表明该新型机构能很好地满足推秧机构效率和受力要求。     

双控制分插机构的运动特性和优化分析

叙述了一种高速插秧机分插机构——双控制分插机构的结构原理，其传动由曲柄摇杆机构和行星齿轮系组成，完成插秧所需的运动轨迹。同时建立了机构的运动学模型，利用VB平台优化结构参数，使其可适应南方早稻和北方小苗插秧，所研制的分插机构的工作轨迹、取秧角和插秧角与理论分析和优化的结果完全一致。     

步行式偏心-变位齿轮行星轮系宽窄行分插机构运动分析

为实现水稻宽窄行插秧,该文将偏心-变位齿轮行星轮系应用于步行式水稻插秧机分插机构中,并设计专用传动箱以满足水稻宽窄行插秧时秧针轨迹和姿态要求。分析了其结构特点和工作原理,建立了该机构运动学分析模型,编写了计算机辅助分析、仿真及优化程序,得到一组满足步行式宽窄行插秧的机构参数,建立了三维虚拟仿真模型,并在ADAMS中进行了虚拟试验,同时研制了样机并进行田间试验。试验结果表明宽行行距为403mm,窄行行距为197mm。虚拟试验和田间试验表明该分插机构满足步行式水稻插秧机宽窄行插秧的农艺要求。     

油菜精量直播机凸轮摇杆式播量调节机构设计与试验

针对不同区域的油菜种植农艺差异、不同播期播量差异及播量范围变化大的生产实际,该文设计了一种输出轴与输入轴转速速比范围为0.1～0.45的凸轮摇杆式油菜精量直播机播量调节装置。解析了调节机构的基本运动原理,分析了凸轮摇杆机构凸轮轮廓曲线及从动件运动规律,所设计凸轮轮廓曲线呈纺锤形,从动件位移曲线为螺旋曲线,从动件速度变化曲线为一峰三柱点曲线,从动件角速度变化曲线为2条不同振幅与频率的正弦曲线合并而成。开展了播量调节装置速比精确性和对排种器排种性能影响试验。试验结果表明,不同输入轴转速下,速比为0.2～0.45时播量调节装置输出轴转速相对误差值对比速比为0.1～0.2时较小,平均误差低于3.8%;不同输入轴转速、种床带前进速度下播量调节装置对排种器排种性能影响较小,播量调节装置可实现油菜不同播量需求。预调播量为5 500和6 720 g/hm2进行田间试验,结果表明,油菜各行1 m内平均苗数为16和20,符合预调播量;各行苗数一致性变异系数为6.48%和8.19%,播量调节装置满足油菜对变量播种的农艺要求。     

三移栽臂水稻钵苗移栽机构设计与试验

为了实现水稻钵苗的高效、稳定的移栽,在分析现有水稻钵苗移栽机构的研究现状基础上,该文设计了一种应用于水稻钵苗自动移栽机的三移栽臂非圆齿轮行星系水稻钵苗移栽机构。构建了一种非圆齿轮节曲线方程,建立了非圆-不完全非圆齿轮机构的运动学理论模型。开发了该水稻钵苗移栽机构的计算机辅助分析与优化软件,通过人机交互的方式得到一组较优的满足水稻钵苗移栽机构工作要求的参数,然后进行虚拟仿真及物理样机试验,通过对比分析虚拟仿真得到的工作轨迹与物理样机试验得到的工作轨迹基本一致;理论计算得到的角度差为45.18°,实际测量得到的角度差为45.77°,误差为1.31%,在误差范围以内,验证了该移栽机构设计的正确性。该机构的提出解决了秧苗倒伏、低移栽成功率的问题,提高了移栽效率。