自走式遥控喷药车的设计

设计了自走式遥控喷药车。该车可以在各类农作物整个生长期内不受限制地完成农药喷洒作业,尤其是针对胡麻作物的中后期植保作业,可以做到不伤苗、不压苗,适用于胡麻茎秆同高作物生长期的喷药作业。该喷药车应用单片机技术、红外遥感技术可实现行走、转向、喷杆的升降折叠等远程控制。通过整机性能及田间试验的调试和验证,结果表明,该喷药车转向灵敏、行驶稳定、喷雾植保效果好,能够满足胡麻等高杆农作物田间实验的要求。整个测试过程中,主控信号接收和反馈迅速,每一环节都可通过遥控精准控制,整机达到了设计要求,已具备田间试验的相关条件。     

田间智能喷药车的设计与试验研究

田间喷药存在劳动强度大、工作环境恶劣及对人体危害大等问题,为此设计了一款田间智能喷药车。喷药车通过遥控完成田间行走、转弯和喷药作业等任务,作业速度为2km/h,转弯半径为1.72m,遥控距离为30m。试验结果表明:喷药车完全满足小地块田间喷洒作业的要求,实用性强,具备较高的应用推广价值。     

3WYP 900型旱地胡麻喷药机设计与试验

针对目前旱地胡麻机械化喷药作业中存在作业效率低、配套机型少、自动化程度低、药雾对操作人员伤害大等问题，设计了3WYP900型旱地胡麻喷药机，该机可实现远程遥控及滑移转向。对样机行走转向装置、喷洒装置、喷杆升降折叠装置等关键部件进行了设计，并结合作业要求进行了理论分析计算。设定不同的喷头施药压力进行喷头施药量及喷幅试验，试验结果表明，当压力为0.3MPa时，单个喷头变异系数最小为0.0096，稳定性最优，且该压力下喷幅稳定为9.423~9.622m。在0.3MPa压力下发生滴漏喷头数目均小于3，单个喷头的滴液量最大为3滴，滴漏液滴数为5滴，防滴性能符合国家标准。同时整机调速转向以及制动灵活，控制反馈精准迅速，试验过程中未发生侧翻、失速、喷药中断等现象，表明整机基本达到设计要求，具备田间试验的相关条件。      

高地隙自走式喷雾机多轮转向系统设计与试验

大型高地隙自走式喷雾机在田间作业过程中,由于整车地隙高、质量以及体积较大,导致换行及转场作业困难,影响作业效率。为提高喷雾机的机动性能和作业效率,设计了一套全液压多轮转向系统,并提出了基于PID控制方法的四轮转向系统控制方法。在建立全液压转向系统数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行了转向系统仿真分析。仿真结果表明:四轮转向过程中后轮转角对前轮转角的跟随存在0. 04 s的滞后,最大转角跟随误差为2. 82°,误差在阿克曼转向理论允许范围之内,满足转向要求。基于研发的3WPG-3000型大型高地隙自走式喷雾机,搭建了多轮转向系统实车试验平台,进行了后轮对前轮转向角的跟随控制试验,试验结果表明:在田间随机转向试验过程中,最大转角跟随误差为2. 60°,满足四轮转向要求,验证了所设计的多轮转向系统的响应性、准确性和稳定性。     

折腰转向无人驾驶植保车控制系统设计与试验

针对黄淮海地区作物多样，行距差异大，植保机械通用化低和智能程度低的问题，设计了一种轮距和离地间隙可调的折腰转向无人驾驶植保车。该植保车可使用遥控器远程控制，切换自动模式后，可根据预定路线进行路径跟踪，实现植保车的自主行走。对植保车自主行走模式建立运动学模型，确定了利用航向跟踪实现路径跟踪策略，并通过Lyapunov函数分析了折腰转向控制的稳定性。提出了传感器的扩展卡尔曼滤波算法和驱动电机的PID控制方法。利用Matlab阶跃响应对自主行走控制系统进行仿真分析，结果表明，当Kp=1、Ti=0.05、Td=0.01时，系统响应速度和精度能够满足自主植保车导航控制的需要。以作业平台转弯半径、直线行走偏移为控制参数进行田间试验，样机转弯速度3km/h时，最小外轮转弯半径为2m;行走速度为6km/h时，100m直线行走平均偏移量为5.51cm;植保车满载情况下的平均续航时间达到2.54h，整机达到设计要求。     

自走式块茎挖掘车液压转向机构优化分析

为满足自走式块茎挖掘车的转向要求,设计了一种自走式块茎挖掘车的液压五杆转向机构。通过建立自走式块茎挖掘车前轮液压缸转向机构的力学模型,得到了液压缸推力F2与转臂夹角β、力矩M及五杆垂直距离Lx之间的关系。采用ADAMS软件对前轮液压转向机构进行了优化设计,分析了自走式块茎挖掘车左右转向时液压缸的行程及液压缸的受力情况,并以设计数值为参考优化了块茎挖掘车转向机构的结构布置。优化结果为自走式块茎挖掘车前轮全液压转向机构的设计提供了参考依据。     

高地隙自走式喷杆喷雾机的设计与试验

针对小麦、棉花等农作物田间喷药作业的需求,设计一种高地隙自走式喷杆喷雾机。对整车机架、喷杆升降机构、轮距调节机构、转向机构、喷杆、液压行走系统、喷雾水路系统等关键零部件和系统进行了研究和设计,并制作出样机。通过样机试验验证整机设计方案及功能、性能等,试验测得最大行驶速度为32 km/h、最大爬坡度>20%,最大侧翻稳定角度为18.1°,喷雾量变异系数为6.3%。试验表明,样机的各项功能和操作等满足设计要求。该样机的设计和试验为高地隙自走式喷杆喷雾机的相关研究和设计奠定了基础。     

微型喷药机设计与试验研究

为了提高三轮自走式喷药机运行平稳性和操作高效性,设计了以万向节转向机构和可调式车架等组成的小型自走式喷药机,并对喷药机物理样机进行了喷头施药量、施药幅宽、喷头防滴性能及田间运行恒速/加速度试验研究。结果表明:小型自走式喷药机后轮桁架调整高效、方便,田间运行稳定,未发生转弯侧翻等危险事故,施药性能和田间运行性能均满足小规模农田施药作业要求。本研究对指导农民实际生产和提高植物保护技术具有重要的参考价值。     

智能两栖车转向系统设计

随着汽车的普及,对汽车的需求也日益多功能化,在一些特殊的使用环境下,对水陆两栖汽车的需求也日益增长,智能无人驾驶的两栖车可以说是未来的发展趋势之一,可以有效的规避障碍物,代替有人驾驶车辆从事危险工作。文章从设计角度出发,研究了智能两栖车控制的核心部分——转向系统。     

小型自走式割灌机的设计与研究

基于我国农林机械尤其是灌木收割作业设备的种类较少、生产效率低等现状,设计了一台可以在灌木林地、沙地等复杂环境条件下使用的新型小型自走式割灌机。介绍了本机的整体结构和工作原理,对其行驶性能及爬坡能力进行分析,得出小型自走式割灌机行走机构所需的最小牵引力为1936N,额定功率为4.14k W;结合切削要素以及对切削力的影响因素建立函数关系,计算出所需切削力为151.37N,切削功率为8.86k W。在此基础上,对行走机构的转向性能进行分析,得出小型自走式割灌机转向时履带支撑部分的转向阻力矩为455N·m,最小理论转弯半径为2 9 0 mm。通过整合,得出小型自走式割灌机的性能参数。小型自走式割灌机的设计,改善了我国市场上小型割灌机械自动化程度低、工人劳动强度大,以及国外大型灌木收割联合设备适应性差和工作不灵活等缺点,为推动我国割灌机械的发展提供参考。     

高地隙液压四轮驱动喷雾机转向防滑控制系统

建立了高地隙四轮驱动喷雾机转向过程中的线性2自由度模型,以前轮转向为例计算出了实际转向角,设计了一种以实际转速比与理论转速比差值为控制对象的转向防滑控制系统。构建了转向电液防滑系统试验装置,分别在转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°以及转角在0°～30°连续变化时对控制系统进行了试验验证。结果表明,高地隙四轮驱动喷雾机的转向防滑控制效果良好,控制平均误差最大为2.01%,均值为1.25%。     

基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法

履带拖拉机采用差速转向，转向可控性差，影响自动导航性能，为提高履带拖拉机自动导航的性能，以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象，建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法，建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验，得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台，分别以不同车速进行导航试验，试验结果表明，在初始航向角为0，车速分别为1.0、1.5m/s时，导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm，导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm，导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm，导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域，满足实际田间作业需求。     

前桥摆转式四轮底盘转向系统的转向机理研究

四轮底盘在小地块水田作业时,减少地头空行转弯时间是提高作业时间利用率的重要环节。为实现四轮底盘小半径转弯,以提高水田播插底盘作业率为主要研究目标,对四轮底盘在90°、180°等不同转弯形式下进行分析,得出适合小地块水稻播插作业时以较小转弯半径的转弯方式;前桥摆转四轮底盘在转向时,通过控制前桥驱动轮的转动,使前驱动桥主动围绕着转向装置转动,可以带动底盘以任意角度转向。采用ADAMS软件对四轮底盘后轮轨迹进行模拟,在确保后轮完全不吃入已完成作业区的倒U转弯方式的情况下,提出设计前桥摆转式四轮底盘转向系统的可行性。     

四轮转向喷杆喷雾机平移换行导航控制系统设计与试验

针对传统喷杆喷雾机在转弯、换行过程中调头空间有限、转向半径大、易碾压作物等问题，提出了一种可利用车辆平行移动来实现换行作业的控制方法。基于平移换行方式设计了四轮转向喷杆喷雾机的导航控制系统，该控制系统采用RTK(Real time kinematic)定位模块和姿态传感器进行组合导航，以喷雾机位置信息和姿态信息作为输入，在四轮转向运动学模型基础上，结合运动学解算实现了喷杆喷雾机非转弯调头换行的自动导航跟踪控制，根据喷雾作业要求设计了基于有限状态机的自动作业策略。开展了传统PID(Proportion integration differentiation)控制器与单神经元PID控制器的实地对比测试。在常规方形硬质平整地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为7.63、4.27 cm,而搭载单神经元PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为6.48、3.24 cm。在常规方形田间地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为11.01、6.66 cm,而搭载单神经元PID控制器的...     

基于嵌入式控制的农机自动驾驶系统布局研究

以农用耕地机为研究对象,设计一款基于嵌入式的自动驾驶控制系统。其控制原理是利用预瞄跟随算法对耕地机进行横向控制,使其根据方向盘的转角调整耕地机转弯半径;利用PID算法对耕地机进行纵向控制,使其根据油门脚踏的开合度、制动脚踏的开合度及挡位状态调整耕地机的行驶速度,从而使耕地机按最佳的运行轨迹行驶。系统以单片机最小系统为处理核心,利用周围的传感器设备和GPS接收设备等将耕地机的位置、速度信息通过解码器和串口通信的方式发送给单片机,进行逻辑运算后通过CAN接口将结果发送给方向盘、油门、制动及挡位驱动电机,从而控制耕地机的运行。仿真实验表明:系统能够减小耕地机行驶过程中的横向误差,可根据土地实况自动调整行驶速度,实现了耕地机的自动驾驶。     

4 kW便携式智能蓄电池充电器的研制

研制了一种4kW便携式高频软开关智能蓄电池充电器，主电路采用零电压／零电流开关全桥PWM逆变器，移相式开关电源专用芯片UC3875作为电压／电流调节器，单片处理机89C51作为智能控制器实现充电方式的自动切换控制。对硬件电路的构成及单片机控制软件进行了设计，同时给出了充电器的主电路实验波形。实际应用表明，该充电器具有根据充电过程自动调整控制结构参数以及故障自诊断等智能功能，可以实现充电过程的无人值守，具有良好的性能。     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机-播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明：拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机...     

联合收获机原地转向变速器设计

为提高联合收获机的机动性和工作效率,设计了由湿式摩擦片离合器传递反转动力的原地转向行走变速器并进行试验研究。结果表明:正、反转动力转换柔和传递可靠,理论转向半径为零;与传统单边制动转向机构相比,作相同角度转向时,转向行程比后者下降了50%,转向功耗比后者下降41.43%,并减轻了对田间地表的破坏。原地转向技术的应用,可减少田间作业空行程,提高机器机动性,从而提高了联合收获机的整机技术水平。