山地果园运输机试验台研究进展

我国是世界第一大水果生产国与消费国,果树资源丰富。然而,我国有90%的柑橘在丘陵山地种植,导致运输困难。山地果园运输机械主要用于生产过程的运输,其研究与开发,离不开测试与改良阶段,试验台的研究也逐渐成为果园运输机械开发过程中不可缺少的一个环节。本文介绍了国内山地果园各类运输机试验台的研究与应用现状。针对国内的发展现状,指出了当前果园运输机试验台研究应用中存在的主要问题,并提出了解决问题的对策,展望了果园运输机试验台的未来发展趋势。     

三维激光雷达果园路面不平度采集试验与分析

以果园典型路面不平度的采集为研究对象,建立基于激光雷达点云处理的路面不平度采集方法,搭建了基于三维激光雷达的路面不平度采集系统平台,结合点云处理技术完成路面高程信息的提取;采用AR(auto regressive,自回归)模型依据比例分析法对路面功率谱密度进行计算,确定不平度等级,并通过加速度振动记录仪进行系统验证,利用系统开展典型果园路面不平度数据信息采集试验。试验结果显示,果园路面不平度结果为水泥路面主要集中在B级,B级占比82.33%;砂石路面主要集中在C级,C级占比84.00%;泥土路面主要集中在D、E等级,D级路面占比48.67%,E级占比31.00%,表明基于三维激光雷达采集系统与数据处理方法在果园路面不平度采集和评价上是可行的。最终不平度评价结果显示,三维激光雷达果园路面不平度采集系统应用可靠,评价结果准确,适合于山地林、果、茶园路面不平度的采集。     

山地果园拆装单向牵引式双轨运输机的设计

为克服现有山地果园轨道运输机无法搬移、户外施工难度大、批量生产困难和设备利用率低等问题,设计了一种山地果园拆装单向牵引式双轨运输机,分析该机的总体结构及绳径选择、轨道最小倾角、轨道最长长度、轨道最小转弯半径和断绳制动装置的工作原理,并进行样机运载试验。计算与分析结果显示:运输机钢丝绳直径为7.7mm,轨道最小倾角为5.7°,轨道最长长度为170m,轨道最小水平转弯半径为7m,最小垂直转弯半径为2m。运载试验结果显示:运输机上行平均速度为0.51m/s,下行平均速度为0.54m/s,平均能耗为1.235kW·h,使用有效度为100%。这表明该运输机可适用于山地果园运送肥料和果品等,亦可搭载喷雾机或果枝修剪机械等进行作业。     

果园管道自动顺序喷雾控制系统设计

针对密植果园或成熟果园中由于果树树冠逐渐长大使果树行距变小甚至封行,增加果树喷药难度和劳动强度、危及喷雾作业人员安全等问题,设计了一种果园管道自动顺序喷雾控制系统.该系统由喷雾给药单元、自动顺序喷雾主控器和电磁阀控制节点组成.喷雾给药单元为系统提供药液,自动顺序喷雾主控制器给电磁阀控制节点提供控制信号,电磁阀控制节点控制电磁阀的开关,通过控制果园中多个电磁阀的顺序开启和关闭,实现对果树的自动顺序喷雾.运行试验结果表明,该系统可以按照设定喷雾时间对果树进行自动顺序喷雾,不需要人工进入果园喷雾.     

山地果园单向牵引式双轨运输机摩擦制动装置设计与试验

针对山地果园单向牵引式双轨运输机运行时存在钢丝绳松脱或断裂等问题,研制了一种摩擦制动装置,在描述载物滑车总体结构的基础上,重点分析了制动装置制动过程、关键结构的受力分析及台架制动测试试验.有限元分析表明,支撑柱的最大应力为6.3 MPa,最大位移为2.1×10-5 mm,且出现在支撑柱与摩擦片固定装置相连的螺栓截面上;轨道的最大应力为70.9 MPa,最大位移约为0.65 mm,且出现在直轨道与摩擦片接触面上,呈对称分布.台架试验结果表明,该制动装置的制动成功率为100％;高速摄影试验表明,随着装载质量的增大,制动时间及振幅均增加.该研究可为山地果园单向牵引式轨道运输机械的整机结构设计提供参考.     

山地果园牵引式双轨运输机排绳装置的设计

针对山地果园牵引式双轨运输机的牵引钢丝绳在弯曲起伏轨道上使用时易出现乱绳、挤绳等问题,设计了一种双螺旋式自动排绳装置。在分析该装置的设计要求、基本组成和工作原理基础上,对装置的链传动、滑块换向曲线、导向拨叉的结构参数和排绳轮的受力进行分析,并进行综合排绳测试试验。测试结果显示,原驱动装置加装排绳装置后,绕卷16m的钢丝绳,其钢丝绳充满系数平均增加22.6%,功耗平均增加0.026kW·h,振动噪音平均降低0.75%。这表明该排绳装置具备有序排绳、耗能少和降低驱动装置振动噪音等优点。     

山地橘园低功耗自动提水无线控制系统设计

为提高无电力供应的小规模山地橘园水源供应管理效率,研制了一种基于无线通信的低功耗自动提水系统。该系统由主从控制器2个部分组成,主控制器控制直流隔膜泵向山顶蓄水池提水,从控制器用于检测山顶蓄水池的水位;两控制器之间通过无线通信模块CC1101进行通信。测试了主从控制器工作在各个阶段的电流,由此估算出主从控制器运行1d的耗电量分别为8576.3mA.h和2.2 mA.h,65 A.h的铅酸蓄电池在满荷电状态下可以为装置提供7d连续阴雨天气的续航能力。系统通信成功率为100%,最长通信时间为12s,95%的通信可在6s内完成,且蓄水池水位检测误差不超过0.8cm。     

苗圃田间自走式电动双轨运输机设计与试验

为实现苗圃田间果树钵苗的快速搬运，研制了一种适用于苗圃田间的自走式电动双轨运输机。针对运输机的应用环境、果树钵苗质量大小等需求，分析提出运输机应具备的装载量、电机功率、运输速度等设计参数；并根据技术参数要求，提出运输机的总体结构并对关键部件进行设计；最后，对运输机进行了实验室与田间试验。试验结果显示，运输机载重能力为750 kg，空载每百米能耗为9.16 W·h，满载每百米能耗为27.6 W·h，运行速度为0.564～0.718 m/s，运输机从起步到匀速行驶所用时间小于2.5 s，紧急制动距离小于0.05 m，振动加速度振幅总体小于0.4 g。以上结果表明，研制的运输机可以满足实现苗圃田间作业需求，可以有效提高作业效率、降低劳动强度。     

山地果园轨道运输机试验台的设计与应用

为了对山地果园轨道运输机的各项性能指标进行测试,为轨道运输机的性能优化和改进提供依据,根据各项性能测试的试验要求,设计了一种能适应复杂地形变化且高效便利的轨道运输机试验台。对试验台的运行效果进行了测试,结果表明:试验台的平均耗能为1.235 k W·h,满载工况下的载物滑车上行平均速度为0.54m/s,下行平均速度为0.5 4 m/s,使用有效度为1 0 0%。     

基于可见-近红外光谱的砂糖橘总酸无损检测

以砂糖橘为对象,建立基于可见-近红外光谱的砂糖橘总酸含量的无损检测方法。试验采集170个完整砂糖橘的500～2 500nm漫反射光谱,然后采用滴定法测定总酸含量。采用Sym8小波变换对光谱进行去噪预处理,并采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)结合间隔偏最小二乘法(interval partialleast squares,iPLS)优选波长,最终建立BPNN和偏最小二乘法(partial least squares method,PLS)总酸预测模型。结果表明:砂糖橘光谱的小波去噪方法产生的信噪比均值SNR=175.291 1,去噪信号与原始信号间的均方根误差均值RMSE=0.000 13,性能优于常规去噪方法。SPA与iPLS相结合构成的反向偏最小二乘法(back-ward interval partial least squares,BiPLS)_SPA波长选择法能将光谱变量从2 001个压缩到14个,能简化模型并提高建模精度和稳定性。BPNN模型具有更好的非线性映射能力,基于这14个变量的BPNN总酸预测模型的预测相关系数Rp=0.867,预测均方根误差RMSEP=0.061 6,性能优于线性的PLS模型。