静液压传动拖拉机定速巡航控制系统设计与试验

针对现有农机速度调节策略功率匹配度不高、燃油经济性差的问题,以静液压传动拖拉机为平台,基于CAN总线设计了拖拉机定速巡航控制系统。该系统由拖拉机工况采集、负载检测、油门控制、变量泵排量调节、作业负载调节、通信等模块组成。设计了油门调节机构和负载调节装置,获取并解析了拖拉机工况数据,建立了静液压传动拖拉机油门开度、变量泵排量与速度对应的数学模型,制定了发动机转速与变量泵排量协同控制策略。分别在水泥路面空载、田间空载和平地作业3种工况下进行了协同控制策略试验,在平地作业工况下进行了定油门控制策略、油门排量耦合控制策略和油门排量协同控制策略试验。结果表明,3种工况下,协同控制策略的速度控制绝对误差分别为0.005、0.007、0.012m/s;在达到相同目标速度的前提下油门排量协同控制策略降低了发动机转速。拖拉机定速巡航控制系统能够在保证速度控制精度的前提下,减小燃油消耗。     

1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机设计与试验

针对我国缺乏农田水渠开沟专用装备的现状,设计了1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机。该设备采用牵引式结构,开沟作业的动力由独立的液压系统提供,利用液压马达带动开沟刀盘旋转,开沟刀盘能同时实现切土和抛土的功能,开挖出梯形截面水渠。同时,设备集成了GPS拖拉机自动导航系统,提高了开沟直线度。田间试验结果表明,在土壤含水率15.8%,土壤坚实度0.31MPa情况下,样机作业速度能够达到0.12m/s,开沟深度407mm,梯形断面的沟面宽度984 mm,沟底宽度305mm,开沟深度稳定性可以达到97.1%,在使用拖拉机GPS自动导航的情况下,开沟最大直线偏差能控制在90mm以内,机具能够稳定地一次性开挖梯形断面水渠,设备在北京、江苏、黑龙江等地开展了田间试验,均能在当地土壤条件下完成梯形截面水渠的开沟作业。     

基于玉米播深控制的农田地形模拟系统设计与试验

开展了玉米播种单体试验台用仿形机构研究，设计了一种可适用于地形上下起伏和地形倾斜的农田地形模拟系统。系统由地形模拟机构、液压系统、电控系统等组成。重点对地形模拟机构进行数学建模，得出了被仿形地形倾斜角与液压缸伸缩的几何关系，并计算确定了地形模拟机构机械尺寸参数。对液压缸进行受力分析，在此基础上对仿形机构的液压系统参数进行了理论计算，确定了液压系统参数，集成电控系统形成了农田地形模拟系统。对农田模拟系统进行了地形模拟试验，在2.0m/s作业速度下高程模拟误差平均值为1.61mm，坡度模拟误差平均值为0.56°。试验结果表明，农田地形模拟系统对地形高程和坡度模拟的快速性和准确性能满足农田地形模拟的要求，为播种播深控制系统试验提供了试验平台。     

土壤改良剂变量撒施控制系统设计

为了提高土壤改良剂的利用效率,降低土壤改良成本,设计了针对土壤改良剂的变量作业系统。重点研究开发了外槽轮式土壤改良剂撒施机构的液压驱动与电控系统;构建了控制系统的数学模型,通过数字仿真对控制参数进行了整定;对液压转速控制系统性能进行了测试。结果表明,该系统的实际控制效果可以满足土壤改良剂变量撒施的精度要求。     

基于阿克曼转向原理的滑转率测量方法与试验

拖拉机作业时滑转率过高会降低作业效率,准确监滑转率具有重要意义。针对基于最小轮速的滑转率测量方法在转向工况下失效的问题,提出一种基于阿克曼转向原理的滑转率测量方法。通过建立转向时的滑转率测量模型,得到滑转率与理论车速、右前轮车速、右前轮转向角的关系。基于约翰迪尔4720型拖拉机设计滑转率测量系统,包括右前轮轮速测量装置,CAN总线解析模块和滑转率计算模块。水泥路面直行工况下滑转率测量试验结果表明,直行工况滑转率的平均值为3.0%。在水泥路面转向工况下,进行目标理论速度分别为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 m/s的滑转率测量试验。试验结果表明：转向工况滑转率的平均值分别为3.9%、3.4%、3.7%、3.8%、2.9%,处于直行工况的滑转率区间;因此认为此方法可行,为农机田间转向工况滑转率测量提供支撑。     

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%。     

基于挠性圆盘的甘薯裸苗类水平栽植运动分析与试验

针对目前挠性圆盘在甘薯裸苗栽植中无法满足水平栽植农艺要求的问题,结合农艺要求,对挠性圆盘夹持甘薯裸苗栽植过程进行运动学分析,构建裸苗触地弯曲与苗根运动的数学模型,利用台架和EDEM软件仿真试验验证模型,对裸苗弯曲朝向的影响因素与触地后裸苗根部的运动轨迹进行研究。结果表明:1)裸苗理论弯曲朝向由圆盘旋转中心距地面高度、机具前进速度与圆盘转速决定,裸苗根部会在触地后先向前移动一段距离;2)当机具前进速度为0.25 m/s时,裸苗实际弯曲朝向与圆盘转速相关,圆盘转速为1.4 rad/s时,甘薯裸苗弯曲实际朝向与理论朝向的符合率达到98%。当圆盘转速大于1.2 rad/s后,裸苗根部在触地后先向前移动的距离小于10 mm。田间试验表明在机具前进速度为0.25 m/s,圆盘转速为1.4 rad/s的情况下,甘薯裸苗在挠性圆盘的夹持下能够实现类水平栽植,栽植深度合格率达到95.6%,栽植姿态合格率达到87.8%。     

基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机作业效果评价

为了进一步提高肥料利用率，解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题，基于沃尔2BJM施肥机，设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置，采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量，实时计算液压马达的目标转速，并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号，调节比例阀开度，一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明，各路施肥管误差均小于3.00%，变异系数均小于0.05；与传统施肥机同期作业效果对比表明，玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异，但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217kg/hm2减少到了150kg/hm2，减少了30.88%；二胺由232kg/hm2减少到了200kg/hm2，减少了13.79%；钾肥由原来的79kg/hm2增加到了108kg/hm2，增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm2，变量施肥测产数据为12200kg/hm2，产量增加了217kg/hm2，较传统施肥区增产1.78%，收入增加508元/hm2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据，基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求，有效解决了肥料分层问题，显著提高了肥料利用率。     

小型方捆机草捆动态称量系统设计与试验

针对小方捆机作业过程中草捆连续、单捆动态分离称量难、捡拾器升降频繁、地面起伏大等问题，基于多传感器融合技术设计了一套方捆机草捆动态称量系统。提出了一种草捆动态分离、识别方法，构建了基于称量台实时下压力和俯仰角的双参数草捆动态称量系统，实现了单草捆动态独立称量。该系统由机械部分、传感器部分、数据采集模块、卫星定位模块、显示终端及上位机软件组成，传感器部分包括4个压力式称量传感器、称量台俯仰角传感器和草捆状态识别传感器。系统可以实时显示称量台下压力、称量台俯仰角、草捆质量、草捆状态和经纬度等信息。进行了草捆动态称量系统性能试验，结果表明，静态模式下系统的草捆质量预测值最大相对误差为0.38%；动态模式下草捆质量预测值和真实值决定系数R2达到0.996，系统预测的相对误差为-4.40%~4.30%。说明系统具有较高的准确性及较好的鲁棒性，满足田间草捆称量的实际需要，为打捆机作业质量评价提供了一种快速测量手段。