基于AMEsim的果园管理机液压系统动态特性研究

针对果园管理机液压系统工作可靠性问题进行研究分析,利用AMEsim仿真软件分别搭建液压系统行走回路、调平回路和回转回路的仿真模型,并对模型进行动态仿真分析,得到各回路对应的压力、流量、转速等随时间的变化关系。仿真结果表明:在越障过程中,负载转矩呈一种阶跃性变化,由0Nm迅速转换为300Nm,压力由0MPa转换为10MPa,行走系统在越障过程中压力波动小,稳定性好;对于横坡调平系统,通过仿真分析得出2个调平油缸压力和流量曲线始终保持一致,进而验证该回路满足同步动作的实际情况;对回转系统进行液压仿真,可以得出随着节流口开口量的不断增加,回转马达的转速逐渐升高,由1.7r/min上升到7.8r/min,溢流阀的流量不断减少,由48.2L/min下降至40L/min,系统压力小,回转马达运行可靠,果园管理机回转平稳。     

履带风送式喷雾机的设计

在我国大部分地区的传统果园中的应用极大地受到果树农艺栽培技术的制约。面对这一现状设计一种履带风送式喷雾机。该机采用离心式风机,针对不同高度果树、树冠大小和果树不同作业层,设计了多个位置可调喷头。履带风送式喷雾机设计科学、结构新颖、操作方便,适合不同种植行距的果园植保作业,是一种新型的高效果园植保机械。     

面向精准喷雾的果树冠层体积在线计算方法

针对目前变量喷雾未综合考虑空隙预判及防漏喷的问题,提出了基于空隙预判的果树冠层体积在线计算方法。该方法利用超声波传感器与激光传感器提前46 cm探测,获取冠层信息点云图,并剔除空隙及冗余数据进行滤波;同时进行曲线分割、空隙预判,沿喷雾机行进方向离散分割冠层,并制定针对空隙的防漏喷决策。试验表明:采用融合式传感器阵列及防漏喷策略,防漏喷效果最佳,但存在喷施过量的问题。相比普通融合式传感器阵列,改进后的融合式传感器阵列,在连续型密集果园上、中、下冠层的雾滴沉积个数分别降低6. 95%、3. 85%和升高4. 40%,沉积量分别降低11. 11%、8. 33%、3. 57%;在纺锤型稀疏果园上、中、下冠层的雾滴沉积个数分别降低27. 08%、30. 37%、18. 55%,沉积量分别降低64. 71%、60. 87%、40. 38%;在单株型稀疏果园上、中、下冠层的雾滴沉积个数分别降低18. 44%、26. 26%、15. 54%,沉积量分别降低40%、42. 43%、41. 46%。     

基于传感器融合阵列的果树冠层信息采集方法

针对果园上、中、下冠层不同稀疏度,提出一种多传感器阵列的果树冠层信息融合方法（简称传感器融合阵列）,并进行了相关试验及验证。首先设计了果园冠层宽度信息的无线采集系统,并对比分析了6种非接触式测距传感器的动态识别能力;其次采用筛选出的激光传感器及超声波传感器阵列,收集3种果园上、中、下果树冠层信息;最后选出适合3种果园的传感器融合阵列,依据Box-Benhnken 中心组合试验法设计试验,对采用同种传感器阵列与传感器融合阵列测距方案进行响应面试验,并对得出的试验结果进行统计分析。试验结果表明：影响果树整体测量精度显著性水平从大到小依次为测距方案、车体速度、果园类型。车速为0.3~0.5m/s时,与人工测量相比,采用超声波传感器阵列收集果园冠层信息,相对误差为14.70%~20.04%;采用激光传感器阵列时,相对误差为9.13%~16.02%,采用传感器融合阵列时,相对误差为4.2%~10.24%。采用传感器融合阵列比单种传感器阵列精度高,更适合果园变量喷雾作业。     

多态自动对靶风送式喷雾试验台的设计与试验

针对果园喷雾存在的药液沉积量低、农药浪费及环境污染等问题,拟设计1种集传感器探测技术、电子信息技术和风送式喷雾技术于一体的多态自动对靶喷雾试验台。该试验台主要由机架、风送系统、探测及其控制决策系统、药液管路系统和组合喷头喷洒执行机构等组成。对关键部件进行设计仿真,以获得最佳设计方案;设计控制多组合喷头的控制决策算法,实现多态自动对靶喷雾;进行喷雾性能的对比试验。结果表明,设计的多态自动对靶喷雾试验台,可以实现对不同冠层宽度靶标的多状态喷雾,作业效果良好,雾滴沉积量比普通风送式喷雾提高了34.07%,变异系数降低了25.60%;多态自动对靶风送喷雾相较于普通风送式喷雾的综合省药率大于20%,从而提高了农药的利用率,降低了农药残留量。     

马铃薯成熟期秧蔓的机械物理特性参数研究

为研制一种马铃薯秧收获机械、优化马铃薯秧切割机构的结构及用有限元软件模拟仿真切割过程的割刀及马铃薯秧的应力变化情况,以成熟期品种中薯8号马铃薯秧主茎为试验材料,在WDW-5E微机控制电子万能试验机上对马铃薯秧进行了剪切、拉伸、压缩和弯曲试验,得到马铃薯秧的力学性能参数:剪切强度为0.819MPa,轴向抗拉强度为2.073MPa,抗弯强度为11.872MPa,径向抗压强度为1.674MPa,轴向抗压强度为5.75MPa。试验结果为建立马铃薯秧蔓的力学模型并进行马铃薯秧蔓的有限元模拟仿真切割过程的割刀及马铃薯秧主茎的应力变化研究提供了理论依据,对马铃薯秧回收作业机切割装置的结构设计及割刀的优化设计等具有一定的参考和指导意义。     

成熟期马铃薯秧拔取力及影响因素研究

为了研制马铃薯秧收获机械,探讨马铃薯秧收获方式,以成熟期品种中薯8号马铃薯秧为试验材料,在试验田中用指针式推拉力计测量马铃薯秧的拔取力,用土壤硬度计测量对应马铃薯样本的土壤硬度,并将对应样本处土壤进行采样,测量土壤含水率,使用软件对试验数据进行线性拟合,探讨马铃薯秧拔取力与马铃薯秧的质量、土壤硬度、土壤含水率之间的线性关系。结果表明:马铃薯秧的质量对拔取力影响显著,马铃薯秧的质量越大,拔取力越大;土壤硬度、土壤含水率对拔取力的影响不显著。试验结果为建立马铃薯秧拔取过程的力学模型提供了理论依据,对马铃薯秧回收作业机收获方式的确定等具有一定的参考和指导意义。     

果园多风管风送喷雾机风量调控系统设计与试验

目前国内大多数果园风送喷雾机多通过控制风机转速或出风口截面积调整风量，依据果树冠层特征实时变量调控风量的相关研究较少，针对上述问题，本文提出了一种基于果树冠层特征实时调整风量的单风机多风管旁路调风技术。分析对比了节流调风和旁路调风两方案风速调节能力和风场风速空间变化特性，旁路调风结构风速与蝶阀开度线性变化关系更明显，利于风量及风速的控制，因而选择旁路调风方案。该方案基于果树分割冠层层数设置相应数量的扇形出风口，构建了基于果树分割冠层特征的蝶阀开度模型，并依据该模型计算各出风口处蝶阀的理论开度，结合PID变量调控技术控制蝶阀实现各出风口风量实时调控进行变量喷雾。选择普通风送喷雾、自动对靶变量喷雾和变风量喷雾3种模式，以雾滴沉积量和药液飘逸损失为指标，对3种作业模式进行喷雾性能试验，试验结果表明：普通风送喷雾模式下农药飘移量及地面流失量最大；变风量喷雾表面冠层的沉积量比自动对靶风送喷雾模式提高了17.3%，变异系数降低了10.29个百分点，且果树冠层下、果树间的地面沉积量分别降低了26.1%和40.7%，飘移量相比于其他2种喷雾模式分别降低了69.9%和50.9%。     

果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人

为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR（Light Detection and Ranging）采集果树信息确定兴趣区（Region of Interest,ROI）,对ROI内点云进行2D化处理得到果树质心坐标,通过随机一致性（Random Sample Consensus,RANSAC）算法得到果树行线,并确定果树行中间线（导航线）,进而控制机器人沿导航线行驶。通过编码器及惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）确定机体速度及位置,IMU矫正采集到的果树分区冠层信息,最后通过程序判断分区冠层的有无控制喷头是否喷雾。结果表明,机器人自主导航时最大横向定位偏差为21.8 cm,最大航向偏角为4.02°,相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量及地面流失量分别减少20.06%、38.68%及51.40%。本研究通过单个3D LiDAR、编码器及IMU在保证喷雾效果的前提下,实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾,降低了农药使用量及飘失量。     

多功能果园作业平台安全性研究进展

多功能果园作业平台主要应用于梨、苹果等容易因碰撞造成表皮损伤的鲜果采摘，同时兼有果品运输、枝干修剪及疏花疏果等运载平台功能，可显著提高果农工作效率和降低劳动强度。近年来，随着我国果园轻简化管理技术的推广应用，多功能果园作业平台设备快速发展，因平台上作业属于半高空和高空作业，其安全性备受关注。基于多功能果园作业平台的通过性、升降机构、自动调平技术及防侧翻4个方面的研究进展，介绍了履带式及轮式行走装置的优缺点及在国内外的具体应用，套缸式、剪叉式、曲臂式及链式升降机构应用场景，自动调平技术的研究进展及在果园应用中的调平水平、平台侧翻评价指标，以及利用该指标进行侧翻预警和主动防侧控制的方法，并提出多功能果园作业平台农机农艺融合、导航技术及智能机械手等多技术融合方向发展趋势，以期为提高作业平台的技术水平及安全性提供参考。