智能甘蔗预切种工作站结构设计与切种精度分析

为提升甘蔗预切种种植的机械化程度,提高甘蔗预切种效率,降低蔗芽损失率,减少人工劳动强度,自主设计开发集甘蔗输送、蔗节智能识别、多刀协同切种等流程于一体的智能甘蔗预切种工作站,实现甘蔗自动协同切种工作。介绍智能甘蔗预切种工作站的输送系统、蔗节识别以及多刀数控协同切种等关键部件的结构设计及工作原理,重点对输送速度和黑箱照度对识别精度的影响,以及多刀切割工作台的定位精度等进行综合的分析。对拍照黑箱的识别精度试验研究表明,甘蔗横向传送速度和光照平均照度对蔗节识别精度具有显著影响,当甘蔗传送速度为0.1 m/s,光照平均照度为430.7 Lux时,识别精度较好,蔗节识别误差小于1.7 mm。通过对切种平台的定位精度试验分析,试验表明:6个移动切种工作台的横向直线移动运动的定位精度误差小于1.5 mm,重复定位误差为±0.2 mm;切种精度的综合误差小于3.4 mm,蔗节的相对综合误差小于5.67%,达到设计的预期目标,实现甘蔗智能横向多刀切种的功能。     

甘蔗横向种植机补种系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机在种植过程中出现的漏播问题,设计了一套基于51单片机的甘蔗实时补种系统。通过对充种、储种、供种、护种及投种过程进行运动学和动力学的仿真分析,确定了影响补种效果的主要因素,设计了补种系统的关键部件。该系统采用AT89C52单片机、3套对射型激光传感器分别对漏种、补种箱和储蔗槽中蔗种余量不足的情况进行信号采集,进行漏种计数显示和实现蔗种余量不足时的报警,步进电机作为动力源,驱动辊耙转动完成补种过程。选取行进速度和补种辊槽数为试验因素,以补种成功率和重置率为补种性能指标,进行了二因素五水平的正交旋转组合试验。结果表明,行进速度对补种成功率的影响极显著,补种辊槽数对补种成功率的影响极显著;利用Excel软件进行了二次回归方程分析,得出当行进速度为3 km/h、补种辊槽数为10个时,补种成功率达到93.97%,重置率为1.69%。设计的实时补种系统性能稳定可靠,解决了播种器工作过程中的漏种问题。     

基于动态特性的甘蔗收获机切割器拓扑优化设计

根据甘蔗收获机切割器动态分析结果中应力集中区域较多、振动较大的问题,针对减小甘蔗破头率和能耗及提高整体刚度的需求,在满足工作条件的情况下,以最小柔度为优化目标,对切割器结构进行拓扑优化设计,以优化所得构型为基础,提取并建立切割器新模型。最后,对新模型进行有限元分析,结果表明:优化后的切割器的1阶固有频率提高了10.05%,2阶固有频率提高了15.15%,Z向位移和综合位移分别减少了55.58%和44.58%,质量也减少了3.37%,应力集中区域刚性得到明显提升,为同类甘蔗收获机切割器的优化设计提供了参考和理论依据。     

甘蔗收获机智能设计知识表达及知识库系统开发

针对甘蔗收获机领域知识匮乏、重用、共享性差的问题, 通过研究该领域知识的特点,综合利用与或树产生式规则、框架和面向对象的方法表达该领域中的模糊知识及创新性知识, 通过与数据库软件的有效集成,创建智能设计知识库系统,通过对知识库的管理实现知识的获取和维护。     

甘蔗剥叶元件工作过程受力的动态仿真分析

剥叶元件是甘蔗剥叶机构的核心元件,其工作质量直接影响着甘蔗剥叶的效率和质量。为此,用虚拟仿真的方法分析了小型甘蔗剥叶机剥叶元件工作过程中的受力情况;建立了一个与剥叶元件动力学等价的ADAMS仿真模型,通过计算机动态仿真实际甘蔗剥叶机的运行,获取仿真模型的动力学特性曲线,为剥叶元件的优化设计提供基础和依据。     

智能化甘蔗喷药系统的设计

针对甘蔗人工喷洒农药的劳动强度大、以往机动弥雾机自动化程度偏低、喷药杀虫效果不理想的现状,设计了一种智能化甘蔗喷药系统.该系统采用水位传感器、质量检测器和STC89C516单片机,在实现智能化农药对水的基础上,使用CMOS摄像头对喷药质量进行实时监测,在药液中适当加入天然红色素和运用改进型BP神经网络进行模式识别,提高了着药面积的识别效果.甘蔗叶面喷药试验结果表明,该系统的农药对水和图像识别效果理想,只是机器在转弯时灵活性略差,但可以在后续的研究中对其改进.因此,该智能化甘蔗喷药系统具有实际开发价值.     

基于流固耦合的除杂风机应力应变及模态研究

叶轮是除杂风机的重要部件之一,叶轮在运行中的应力应变对除杂风机的安全运行有着重要的影响,而叶轮振动是风机的常见故障,所以流固耦合条件下的除杂风机叶轮变形及振动分析对甘蔗收获机除杂风机的安全有着重要的意义。为此,采用有限元分析软件Ansys Workbench对除杂风机叶轮进行了单向流固耦合计算分析,结果表明:叶轮在流固耦合作用下会发生弯曲扭振变形,最大应力分布在叶片与轮毂的交界处,最大应变分布在叶片外缘处;所设计的叶轮最大应力为21.48MPa,小于材料极限应力,而工作转速也远离振动转速,均满足工作要求。该研究为甘蔗收获机的除杂风机设计提供了参考。     

基于全局协调的甘蔗收获机械物流系统的研究

甘蔗物流系统模型主要包括扶蔗、砍蔗、输送、剥叶等过程.每个部件之间能否协调运作,匹配是否合理,相互之间衔接和位置布局是否符合要求都是设计的关键.通过对甘蔗收获机械在收获过程中,甘蔗遍历的过程及各机构的运动原理,在基于全局协调理论的基础上,采用机械优化设计中迭代优化的方法,对各机构的运动参数和协调参数进行优化,达到甘蔗在收获过程中的最优的甘蔗收获机械物流系统模型.     

甘蔗收获机切割系统对物流输送影响的仿真分析

基于物理样机物流输送堵塞现象,分析了切割系统结构部分存在的问题,对甘蔗收获机切割系统的结构进行改进,确定了各主要零部件的结构及其之间的相互位置关系。通过实体建模软件SolidWorks建模,采用虚拟样机技术进行动态仿真分析,验证改进的切割系统对物流输送的通畅性,为样机的研制提供数据支撑。     

砍蔗刀盘安装位置对砍蔗质量影响的研究

甘蔗收获机械的砍蔗刀盘安装位置直接影响其刚度特性和动态特性。根据研究,刀盘振动与甘蔗的破头率存在一定的影响关系[1],砍蔗刀盘安装位置因其刚度特性而影响砍蔗质量,对甘蔗收获机整机结构布局设计和结构设计具有重要的意义。通过对自行研制的两台整秆式甘蔗收获机样机的实验研究发现:砍蔗刀盘因安装位置不同,其刚度特性不同,从而对甘蔗破头率产生不同的影响;刚度特性好的砍蔗刀盘安装结构,甘蔗宿桩破头率降低45.2%~50.7%。