耕深自动测量方法分析——基于具有车身调平功能的山地拖拉机

通过对丘陵山地拖拉机车身调平模式和后悬挂机具横向调平模式的研究和分析,以及在研究了现有耕深自动测量方法的基础上,通过理论分析和计算,本文提出一种基于具有车身调平功能的丘陵山地拖拉机的耕深自动测量方法。丘陵山地拖拉机车身调平模式分为单侧作用和双侧作用2种形式;后悬挂机具横向调平模式也分为单侧作用和双侧作用2种形式,进行搭配组合得到4种组合工作模式。针对这4种工作模式,通过对事先在水平作业面内标定好的耕深测量公式分别进行零点修正和等效角度选用,共得到8组最终的测量公式。不仅能够满足水平作业面内的测量要求,而且还能在坡地等高作业时,后悬挂机具的横向角度调整后,通过实时采集传感器的信号即可获得实际耕深,实现耕深的自动测量。     

山地拖拉机调平系统的研究现状及发展趋势

采用理论分析和文献综述相结合的方法,对国内外拖拉机车身调平系统的现状进行研究;从拖拉机后悬挂技术、机具调平坡地自适应技术2个方面对文献知识进行梳理和归纳。结果表明:1)利用拖拉机调平系统能使拖拉机在车身遇到颠簸或倾斜时调整至水平状态,能确保驾驶员的安全和舒适;在山地复杂多变和高低起伏环境下,拖拉机在山地作业的稳定性和通过性与车身自动调平程度密切相关;2)悬挂机构对拖拉机车身调平及后悬挂机具调平起着至关重要的连接作用,悬挂机构的技术结构直接影响了拖拉机车身调平及后悬挂技术研究的发展程度;3)对悬挂机具在坡地等高作业及耕作自适应等关键技术的研究,是整个山地拖拉机调平系统研究的关键问题。针对山地复杂地形和作业质量要求,提出如下发展策略:在搭建山地拖拉机车身调平系统和优化悬挂机构的基础之上,全面研究山地拖拉机后悬挂技术和机具调平坡地自适应技术;在保障山地作业质量和作业效率的前提下,进一步深入研究山地拖拉机车身与悬挂机具协调自适应技术,实现山地拖拉机悬挂机具对坡地的仿形作业,是山地拖拉机自动调平系统的主要发展方向。     

悬挂式深松机耕深自动测量及控制方法的研究

针对目前悬挂式深松机耕深自动测量系统在一定坡度的斜面上作业时,不能准确反映深松作业的实际耕深,提出了一种耕深自动测量通用数学模型。在下拉杆上安装角度传感器,利用最小二乘法建立水平作业面上的下拉杆角度与深松机耕深的数学模型,通过在拖拉机车身上安装角度传感器实时测量作业面的坡面角度,综合利用下拉杆角度和车身角度建立耕深自动测量通用数学模型。由于拖拉机-悬挂-深松机三者组成刚性连接,在作业面中出现起伏状况时容易造成实际耕深过深或过浅,所以提出了一种以下拉杆角度为控制目标的耕深控制方法。确定目标耕深后,通过水平作业面耕深测量数学模型换算得到下拉杆的角度作为目标角度,利用车身的实时测量角度进行1次目标角度的修正;车身角度变化反映作业面的起伏,利用车身角度的变化量对目标角度再次修正。2次修正确定最终的目标角度。通过提高耕深的测量精度和控制精度,以提高深松作业效果和作业质量。     

一种山地拖拉机车身调平控制系统设计

针对丘陵山地拖拉机车身调平过程复杂、调平精确度高、自动化程度要求高等问题,本研究将PLC、触控屏等自动化及人机工程引入到履带式丘陵山地拖拉机车身调平装置中,建立PLC、LCD触控显示屏、电磁比例阀、液压执行机构、温度传感器、倾角传感器、限位开关、系统压力传感器等组成的丘陵山地拖拉机车身自动调平控制系统。重点研究了丘陵山地拖拉机车身调平PLC自动控制系统的结构和原理,进行PLC、触控屏的选型,并编制了上位机和下位机控制程序,并进行实际运行结果试验。     

基于模糊PID的山地拖拉机调平控制系统的设计

在自行开发的山地拖拉机调平机构上加装了自动调平控制系统。系统以可编程逻辑控制器(PLC)为主控核心,以倾角传感器为车身平台倾角检测机构,以模糊PID为调平控制算法,通过监测倾角传感器检测的角度值来实时调整伺服电机的转动与伺服电缸的伸缩,以实现车体平台的自动调平。静态试验结果表明,拖拉机车体平台在倾斜15°的情况下,车体平台横向和纵向单独完成调平分别用时1.851 s和1.882 s,同时调平在3.319 s内完成。动态试验结果表明,拖拉机在行驶速度1.73 km/h、最大坡度15°时,完成车体平台横向和纵向调平分别用时6.253 s和6.853 s;调平时最大超调角分别为9.053 3°和8.687 2°,调平后车体平台角度偏差最终可控在0.5°。     

旋耕机三点悬挂机具调平机构的研制与试验

为了使拖拉机旋耕机具在田间作业时保持平稳并实现耕深一致性,为1GDZ–150型履带式旋耕机三点悬挂装置研制了调平机构。该机构由杠杆机械部分、液压系统和倾角信号采集装置组成。机具作业时,倾角传感器实时检测其倾角,采用复合数字滤波算法组合对倾角数据进行滤波处理,同步液压缸通过杠杆机构以中心不动调平法调节机具的倾角以实现调平。试验结果表明,该调平机构作业时,耕深均值为11.34 cm,旋耕机具的耕深稳定性变异系数为3.7%,能够较好地完成调平作业。     

基于AMESim的旋耕机自动调平系统仿真分析与试验研究

为实现旋耕机田间作业过程中保持水平，设计了一种机具自动调平系统，该系统由控制系统、液压系统、三点悬挂机构、执行元件等组成。建立了该机具在不同情况下的数学模型，并基于AMESim软件构建了液压系统的仿真模型，仿真结果表明：常规PID算法超调非常明显，且连续调平后需要的稳定时间超过2 s，整体调节时间较长，达不到系统所需要求，而模糊PID算法响应时间为1 s左右，基本不超调，到达目标时间、且稳定时间明显更短。并对有、无自动调平功能的旋耕机进行了田间作业，结果表明：具有自动调平功能的系统相较无自动调平功能的系统在耕整地上有大幅度提升，前者耕深高度差最大为23 cm，后者耕深高度差最大为94 cm；前者平均耕深稳定性系数为947%，后者平均耕深稳定性系数为81%；前者平整度≤108 cm，后者平整度≤28 cm。研究了液压系统对调平影响规律，深入分析了调平响应速度、调平控制精度、系统稳定性，为旋耕机具对土壤作业保持平整性和耕深一致性提供了一定依据。     

基于BDS和角度检测的不规整田块旋耕作业质量监测与试验

为精准监测不平整田块的旋耕耕深并准确测量不规整田块的作业面积,进而分析旋耕作业质量。在对拖拉机旋耕机组进行运动分析和仿真的基础上,通过线性回归建立基于拖拉机提升臂角度和车身倾角的综合耕深监测模型。基于BDS(BeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统)采集旋耕机组的作业轨迹,将耕深数据和缓冲区算法结合,筛选有效作业轨迹并建立多段缓冲区,通过Vatti算法裁剪合并分段缓冲区,并使用多边形面积公式计算旋耕有效作业面积,进一步分析计算重耕率、漏耕率。为了验证该旋耕作业面积测算方案的精度,通过LabVIEW整合处理BDS和多种传感器的数据,搭建旋耕作业质量监测系统,并进行田间试验。田间试验结果表明：耕深测量系统的最大误差为6.6mm,在最佳耕深区间的平均误差为3.6mm,满足耕深监测需求。对于不规整田块,有效作业面积测量算法的面积相对误差均值为0.27%,优于基于全程作业轨迹和幅宽的传统面积测量算法的相对误差均值7.5%,且不受田块形状和旋耕路线的影响,可对旋耕有效作业面积进行精确计算。经田间试验验证,拖拉机旋耕作业质量监测系统能有效适应不规整田块,...     

丘陵山地拖拉机加载仿形试验台设计

针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统试验条件复杂,过程繁琐以及重复性较差等问题,设计一种室内加载仿形试验台。该试验台由安装位置可调整的坡地仿形模块与辅助装置、模拟加载模块以及测控系统等功能模块组成,在电液伺服控制系统的作用下模拟丘陵山地拖拉机的作业坡度和耕作阻力,测试拖拉机电液悬挂控制系统性能。以TS-404H拖拉机为试验对象,坡地等高线为作业路线,运用该试验系统进行丘陵山地拖拉机电液悬挂系统的坡地自适应调整试验,对试验台系统的坡地仿形模块和模拟加载模块进行试验验证。结果表明:在预定坡度目标0°~15°范围内,该试验台仿形模块模拟坡度的最大误差为4.2%,平均误差为3.8%,调整时间1.2 s,超调量为9%;当模拟土壤阻力为6.5 kN时,加载模块的响应时间为1.2 s、最大误差4%,平均误差2%,能够满足中小型丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统对试验设备的性能要求。     

悬挂犁常见故障的排除

<正>1.动力偏头,转向困难。原因:牵引线与拖拉机驱动力不平,且两者偏离一点距离,这样使拖拉机自动向一侧偏头。排除方法:当工作中拖拉机出现向右偏摆时,可通过右移悬挂轴或左悬挂点方法,使牵引阻力线与驱动力重合,消除拖拉机向右摆头;反之则应做反向调整。2.前、后犁体耕深不一致。原因:犁架纵向不水平。调整方法:前     

货箱自适应调平果园作业平台设计与试验

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测试样机的续航里程、货箱伺服调平等性能参数。【结果】其满载续航时间为3.4 h,最高行驶速度为4 km/h,最大升降高度1.52 m,最小转弯半径为0.89 m。台架试验中空载动态调平误差平均值小于1°;满载动态调平误差平均值小于1.5°,在设计的爬坡角度以内,调平稳定时间最长为4.32 s,果园实地测试中,作业平台以1 km/h的行驶速度,测试在10°和15°纵坡、-10°和-5°横坡的调平性能,最终货箱自动调平角度均保持在-2°～2°;【结论】通过试验分析,货箱自适应调平果园作业平台性能良好,能够满足丘陵山区果园的采摘、运输等环节需要。     

激光平地机自动调平控制系统的研制

现有的激光平地机对平地铲只有高程控制而没有水平平衡控制。分析了当前激光平地机在不平整地面上工作的缺点,提出了一种自调平控制系统,实现激光平地机水平方向上自调平控制,改进与提高其平整精度和效率。当激光平地机在斜坡上工作时,使用该系统可自动保持农具平衡。实时倾角通过固定机具中心的倾角传感器获得,控制器将根据实时倾角来驱动电磁阀,控制油缸动作,使得机具实现自调平控制;同时对其进行静态试验和动态试验,通过数据分析,发现该系统能有效提高土地作业的稳定性。最终得出该系统相对于常规的激光平地机地块平整前后的绝对改善度提高了50.0%,相对改善度提高了18.6%,土地误差水平小于1.0%。     

拖拉机耕深自动监控系统的动态辨识

以奔野－２５拖拉机液压悬挂系统为研究对象，通过对初步构成的耕深自动监控系统进行动态特性试验，用频率法建立了该控制系统的数学模型，找出系统动态性能不佳的原因，并提出改进设想，为农机电气自动控制系统的辨识提供一种有效方法。     

自适应丘陵山地拖拉机虚拟设计及仿真分析

为进一步解决丘陵山地拖拉机易倾翻、通过性差等问题，利用虚拟样机技术对自适应丘陵山地拖拉机底盘模型进行模拟仿真分析，结合丘陵山地田间作业特点，考虑实际作业要求，用SolidWorks软件建立自适应丘陵山地拖拉机底盘三维简化模型，在ADAMS/View环境中模拟实际作业工况进行侧倾稳定性和越障性能分析，并利用ANSYS Workbench软件对车架纵梁及轮边传动箱等关键零部件在整机结构上进行有限元仿真分析。结果表明，自适应丘陵山地拖拉机底盘的最大侧倾稳定角为37.5°，大于标准要求的35°，符合丘陵山地作业要求；单侧越障100 mm障碍时，四轮始终同时着地并且紧贴路面，双轮越障100 mm障碍时，左右车轮同时同步越障，车身保持平稳状态，其具有良好的作业稳定性和障碍通过性。对关键零件进行有限元分析得出，车架纵梁与动力传输位置应力最大为3.002 2 MPa，形变位移量为1.289 6×10^-3mm；轮边传动箱和驱动桥链接处应力最大为30.229 0 MPa，其形变位移量为2.810 4×10^-2mm；关键部位所受应力均小于材料的屈服极限235 MP...     

拖拉机耕深自动监控系统的动态辨识

以奔野－２５拖拉机液压悬挂系统为研究对象，通过对初步构成的耕深自动监控系统进行动态特性试验，用频率法建立了该控制系统的数学模型，找出系统动态性能不佳的原因，并提出改进设想，为农机电气自动控制系统的辨识提供一种有效方法。     

果园高位自动调平作业平台设计及仿真

  目的  我国果园机械化程度低,尤其缺少丘陵山地果园的机械,目前果园疏花疏果、套袋、采摘等繁重工作主要依靠人工架梯完成。设计一款适用于丘陵山区苹果园的高位自动调平平台,可以提高果园采收机械的采收效率、安全性和稳定性。  方法  根据果园地形特点和果树高度确定平台设计要求和调平方式,确定俯仰、侧倾不同部分尺寸关系,液压缸所需推力、平台角度和液压缸位移量的关系;建立平台控制系统数学模型,使用增量式PID控制器,以不同干扰信号在Simulink中仿真控制调平性能;在Adams中设计极限倾翻坡度实验,平台在不同姿态、不同升降高度和不同载质量情况下仿真验证其安全性。  结果  建立各部分的数学关系,确定各部分基本尺寸,从而建立了平台三维模型。在控制系统仿真中,俯仰、侧倾控制系统在阶跃干扰信号下能使工作台很快回到水平位置,调平时间分别为1.6、2.1 s,超调量均为0;俯仰、侧倾控制系统在正弦干扰信号下能使工作台始终保持在0°附近,波动范围分别在0.15°、0.19°内。平台极限倾翻坡度仿真实验表明平台的倾翻稳定性随着举升高度和载质量的增加而降低,相比无调平时,有调平时的最小极限倾翻坡度增加了24.77%,平台安全性明显提高。  结论  设计的果园高位自动调平平台能够在不同干扰下始终保持水平,具有较好的抗倾翻能力,安全可靠,能够满足丘陵山地果园的使用需求。      

果园升降作业平台自动调平控制系统设计

果园升降作业平台是果树修剪和果实采收过程中使用广泛的果园作业机械,我国果树多种植于丘陵山地,由于地形结构复杂,果园升降作业平台在工作过程中是否能够保持水平状态就直接影响了果园作业人员的工作安全和效率。因此,本课题设计一种能够快速稳定调平作业平台的调平装置,来提高果园升降作业平台的水平调节稳定性,保障作业人员的安全和提高劳动舒适性。实验证明,本调平机构能够更高效的调节平台水平,适应更加复杂的地形。     

悬挂犁的使用与维护

<正>一、悬挂犁使用前的准备 1.犁烨数的配备,可按下列公式计算确定,犁体数=牵引力利用系数×挂钩牵引力/土壤比阻×耕深×耕宽（注:牵引力利用系数一般取0.8-0.95）。另外从直观上看,只要拖拉机拉得动,不冒烟,耕后地表平整就行了。 2.犁的挂结。即选择好上下拉杆的挂结孔位,一般在犁架的上下悬挂点各有两个位置。对于采用高度调节法的拖拉机,依据“锐铧土松靠两端,钝铧土硬靠中间;先两端,后中间,”一级一级做试验,尽量选用两端孔位。对于采用力、位调节法的拖拉机,尽量选择靠中间的悬挂孔位,不论哪一种类型,挂后犁的前后、左右水平要求一致,限位链不过紧,耕地时保持一定的摆动量。     

基于偏差率的悬挂式深松机力位综合控制策略的研究

为了能够有效地克服深松作业中单独位控制时发动机负荷不稳定和单独力控制时耕深不均匀的缺点,本文提出了一种基于耕深偏差率和牵引阻力偏差率之比(即p,根据实际使用情况取不同的p值)的力位综合控制策略,不仅可以保证耕深的均匀性,而且还能兼顾发动机负荷的稳定性。建立了牵引阻力测量模型和耕深测量模型,通过采集拉力传感器信号和倾角传感器信号计算得到实时牵引阻力和实时耕深,利用实时牵引阻力和实时耕深得到实时土壤比阻。在实际控制中,首先,确定基准耕深和p值,然后,进行一定距离的田间预作业以获得基准土壤比阻,根据基准土壤比阻确定基准牵引阻力。此时,假定一个最优耕深并分别表示出在最优耕深时的耕深偏差率和牵引阻力偏差,令两者之比的绝对值等于p,用解方程求解出的最优耕深作为实际控制中的控制目标,通过对比实时耕深与最优耕深,输出控制信号,实现力位综合控制。通过理论分析和计算提出的这种力位综合控制策略,为拖拉机电液悬挂系统的力位综合控制提供了理论支持,旨在提高深松作业效果和作业质量。     

激光控制水田打浆平地机设计与试验

【目的】满足水稻种植对田面平整度的要求,减少拖拉机进田次数,提高打浆平地质量和效果,实现一次进田完成水田打浆和平地作业。【方法】采用先打浆后平地原理,设计了激光控制水田打浆平地机、打浆机与平地铲自动调平机构、平地铲高程自动调节机构和通过集成带自动调平的激光平地控制系统,并进行田间试验;利用2台姿态航向参考系统分别测量拖拉机车身和打浆平地机的横滚角,采用水准测量试验田块作业前后的田面平整度。【结果】拖拉机横滚角在±4.5°内变化,打浆平地机的横滚角始终保持在±1°内,表明调平自动控制系统明显提高了水田打浆平地机构水平稳定性;打浆平地作业后田面最大高差从作业前的17.7cm降低到6.7cm,标准偏差值从作业前的4.08cm下降到1.75cm,绝对差值不大于3 cm的平整度采样点占比由作业前的62%提高到82%以上。【结论】激光控制水田打浆平地机打浆平地作业后可显著改善田面平整情况。