以内外信息相结合的轮式底盘状态预测研究

以底盘外部信息和底盘内部测试信息,分别对轮式底盘进行状态评价,均有各自缺陷,故特底盘外部信息进行定性分析各自权重、对相应总成的内部测试信息进行预处理,然后相结合,利用神经网络建立预测模型,得到较准确的底盘状态概率,为进一步保障提供依据.     

柔性智能化喷雾机底盘概念设计方案的确定

【目的】基于复杂农林环境对喷雾机底盘的柔性化和智能化需求,提出了底盘概念设计方案生成和评价方法,为喷雾机底盘概念设计提供方法和理论指导。【方法】在对喷雾机底盘进行功能需求分析的基础上,以功能树形式对底盘进行了功能分解,采用机构综合法对喷雾机底盘分功能原理解进行了创新和综合,并构建底盘形态学矩阵;在集合专家经验的基础上剔除明显不合理的方案解;采用基于模糊数互补判断矩阵的群决策方法进行方案的评价,构建目标规划的数学模型并进行求解,最终确定最佳的设计方案。【结果】获得了喷雾机底盘分功能的多个原理解,其中主要检测功能原理解方案数为25个,主要执行功能原理解方案数为19 683个,经过筛选和综合评定,获得喷雾机底盘整体可行的概念设计方案有3种,经过专家评判,构造模糊区间数互补判断矩阵,通过求解得其排序权重分别为0.27,0.46,0.27,最终确定方案2为最佳方案,即以柴油机作为原动机为液压泵提供动力,驱动车轮马达完成四轮驱动及两轮转向功能;驱动液压缸完成底盘轮距、地隙调整和喷雾系统升降功能;驱动液压马达经圆柱齿轮和圆锥齿轮机构完成底盘工作台旋转功能;借助GPS和电子罗盘完成检测功能。【结论】借助功能原理分析和机构综合法可快速有效生成喷雾机底盘概念设计方案,基于模糊互补判断矩阵的群决策方法可有效消除个人主观偏好对概念设计方案评价结果的影响,这些方法可为喷雾机底盘乃至其他机械产品的概念设计提供理论指导。     

丘陵果园除草机器人底盘系统设计与试验

针对丘陵果园环境非结构化且复杂多变,常规的除草方式效率低等问题,设计了一种果园除草机器人底盘系统。根据果园丘陵地形地貌环境,确定车体控制方式和除草机器人底盘的总体结构方案,主要包括液压传动系统、电气控制系统等。设计配套的除草车电气控制系统和遥控接收、车载主控和导航功能的CAN通信协议。以运动控制为核心,采用角度传感器、电机驱动、车载主控、导航模块,构成闭环控制。使用自抗扰控制算法,以油阀控制电机为对象应用Simulink仿真,仿真结果显示自抗扰控制相比PID控制调节时间减少0.42s,超调幅度减小11.5%,稳定时间缩短0.14s。田间试验表明,运用自抗扰控制、结合导航功能的除草机器人行走速度均值为6.2km/h,均方差0.037km/h,作业效率0.51hm2/h,有效除草率均值97.46%,可在25°斜面上正常行走,对导航路径的跟踪误差标准差为4.732cm,运动控制响应及时,能够提高除草作业安全性和准确性。     

果园履带式偏置开沟施肥机研制与试验

开沟施肥作业是果园管理的重要环节,针对浙江省丘陵地区果园果树分布密集、地形不平整的情况,研制出一款结构紧凑、爬坡性能好、具备开沟深度调整装置的履带式偏置开沟施肥机。试验结果表明,开沟深度0～300 mm,施肥效率0～6 L/m,空载爬坡角度22°,基本适应缓坡果园果树近距离开沟施肥的作业要求。      

自走式果园多工位收获装备设计与试验

为解决现代化果园水果收获过程中人工劳动强度大、作业效率低、配套机械匮乏等问题,结合果树矮砧宽行密植模式和农艺种植要求,本研究设计了一种自走式果园多工位收获装备。首先介绍了自走式果园多工位收获装备的整机结构和工作原理,然后根据“两侧、两高度、六工位”采摘作业模式,对履带自走式底盘、扩展作业平台、果实自动输送装箱及转运系统的关键部件进行了参数分析、计算与结构设计。田间试验结果表明,所设计的自走式果园多工位收获装备可同步于六工位人工采收速度,苹果采收损伤率为4.67％,装箱均布系数为1.475,装箱速度为72.9个/min,能够满足果园采收作业要求。     

基于虚拟探照灯的离合制动履带底盘寻径跟踪

油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产,但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象,根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘,并以STM32F303作为主控器搭建基于实时动态差分全球导航卫星系统（real-time kinematic global navigation satellite system,RTK-GNSS）的自动导航系统,建立其运动学模型,提出一种改进模糊式预瞄控制算法—虚拟探照灯寻径跟踪（virtual searchlight pathfinding tracking,VSPT）算法。针对横向偏差和速度变化引起的跟踪振荡问题,提出基于横向偏差指数的视域角动态调整方法和基于行驶速度的虚拟目标点判断方法,并通过仿真和试验验证算法的有效性。仿真结果表明,在底盘前进速度0.4 m/s时,横向偏差指数λ,视域增益k₁和目标增益k₂取值为1/4,0.005 rad·m和6 s^-1时可获得较好的导航效果。现场试验结果表明,在水泥路面下, 6种不同初始位姿下,直线导航平均上线距离为1.64 m,平均横向偏差和航向偏差为0.44 cm和1.57°;行驶速度提高会导致导航精度降低,适当修正k₁、k₂可维持较好的导航效果,3种行驶速度下获得的平均横向和航向偏差分别为0.75 cm和1.05°,平均纠偏次数为4.7次;田间路况下,由于土路附着系数增加,转向相对平稳,纠偏次数降低至2.7次,相同参数时2种路况下的导航效果接近。研究表明,VSPT算法针对离合制动式履带底盘具有良好的跟踪效果和路况适应性,该研究可为离合制动履带平台提供一种高效、稳定的导航控制方案。     

水田高地隙自走式变量撒肥机设计与试验

为解决现有水田撒肥机械地隙低、撒肥量调节技术落后、工作效率低等问题,设计了一种水田高地隙自走式变量撒肥机,介绍了整机结构与工作原理,研究设计了高地隙专用底盘、撒肥盘及排肥口调节装置,并确定了关键结构和参数,对以AT89C51单片机为核心的控制系统进行软硬件设计与系统集成。场地和水稻田间撒肥试验结果显示,推肥板推肥角度-20°～40°可调,机器最小转弯半径1.8m,撒肥盘离地高度可达1100mm,撒肥幅宽达14m,作业效率达到6hm2/h,试验结果表明撒肥机适合在水田里自主行走,整机与控制系统设计满足水田宽幅高效变量撒肥工作要求。     

Finite element mode analysis and experiment ofcombine harvester chassis

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明：在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33 Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3 Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7 Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。     

履带自走式分拣型马铃薯收获机设计与试验

丘陵山区和小地块是国内马铃薯的主要种植区域,针对这类地形的马铃薯机械化收获技术与装备匮乏的瓶颈问题,并结合马铃薯种植农艺和收获需求,采用自动对行挖掘-薯土分离-人工辅助捡拾相结合的马铃薯机械化单行收获方案,设计了一种履带自走式分拣型马铃薯收获机。该机主要由履带式底盘、自动对行挖掘装置、分离装置及分拣装置等关键部件组成,具有附着力大、高频低幅振动碎土、自动对行挖掘、人工辅助分拣和液压驱动模式等技术优势。在阐述总体结构及工作原理的基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,确定了分离筛倾角为30°,分离筛末端与分拣筛始端之间的跌落高度为120mm等关键部件的结构参数和运行参数。由于采用人工辅助分拣的集薯方式,减少了薯块跌落与翻滚次数,缩短了马铃薯的分离行程。田间试验结果表明：样机作业速度为1.0、1.2km/h,分离筛运行速度分别为0.61、0.72m/s,分拣筛运行速度分别为0.42、0.50m/s时,生产率分别为0.10、0.12hm2/h;利用电子马铃薯采集的碰撞加速度平均值分别为51.02g、51.85g,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值,没有出现薯块漏捡和薯块表皮破损情况,收获效果良好,各项性能指标均满足相关标准的要求,研究可为马铃薯收获机分离分拣装袋工艺和马铃薯收获机的结构优化改进提供参考。     

遥控自走式雪茄植株中下层烟叶植保喷雾机设计与试验

针对雪茄烟叶在旺长期及成熟期因植株高大及叶片生长致使烟田垄间空间小,且雪茄烟叶生产对烟叶色泽及完整度要求高,田间管理要求不能损伤烟叶,导致生产中雪茄烟叶植株中下层烟叶植保困难的问题,结合烟叶植株生长特征,设计了一种遥控自走式雪茄植株中下层烟叶植保喷雾机,该装置主要包括喷雾系统、履带底盘及控制系统,可实现装置在烟田垄间遥控行走、中下层烟叶喷雾及路况可视等功能。为获取烟株生长特征,运用三维激光扫描仪对其进行扫描并建立了植株叶片田间空间分布模型;根据烟叶田间分布特征,确定装置总体结构和工作方式;结合烟叶形态特征和植保农艺要求,对喷雾系统进行了结构设计及分析,确定了参数范围;根据田间作业需求,对履带底盘进行了动力学分析,对控制系统进行了设计。开展了场地试验,利用Box-Behnken优化了喷雾系统参数,当喷雾压力为0.65MPa、喷嘴夹角为20.4°、喷嘴孔径为0.4mm时,经垂直雾滴分布测量仪模拟雪茄烟叶叶片层垂直方向的药液附着性能试验表明,雾滴沉积量垂直分布满足雪茄烟叶植保要求。田间试验结果表明,雪茄植株中下层烟叶正面药液覆盖率为52%~83%,背面药液覆盖率为22%~45%,可实现雪茄植株中下层烟叶药液的有效喷施。