高地隙植保机喷杆自动控制装置研制

高地隙植保机作为一类面向田间管理的农业机械,具有较大的离地间隙和作业幅宽,用以完成施肥施药等作业任务。由于喷药过程中存在雾滴漂移现象,操作人员必须穿戴防护装备以降低作业安全风险。针对这一问题,远程遥控和自动导航等智能控制技术越来越多地应用于高地隙植保机,而喷杆自动控制是实现高地隙植保机智能控制的前提。为此,以雷沃ARBOS高地隙植保机为试验平台,研制了具备串口通信功能的喷杆自动控制装置,主要由自动控制单元、数据处理单元、继电器模组、遥控器与接收机组成。数据处理单元用以接收遥控器发出的操作信号,通过串口将控制指令发送至自动控制单元;自动控制单元接收和解析控制指令,向继电器模组发送控制信号以实现喷杆的伸展和高度调节及液泵的起停。试验结果表明:喷杆自动控制装置能够按照遥控器操作指令完成喷杆和液泵的控制,其控制稳定性和可靠性能够满足高地隙植保机智能控制的基本要求。     

模块化精量喷雾控制阀组设计与试验

针对我国现有植保机械自动化程度不高、施药均匀性差等问题，根据高地隙植保机的喷雾系统组成和技术要求，设计了模块化精量喷雾控制阀组，通过分析计算确定阀体结构以及开关阀、限压阀、流量控制阀、区段开关阀等阀体模块的尺寸参数。精量喷雾控制器能实时读取压力传感器的输出信号并进行处理，将其与上位机输入的流量指令进行比较，并将控制信号发送至电机驱动器以控制电机的动作状态来调节阀门开度，进而调节喷雾系统流量，所设计的精量喷雾控制阀组能够实现压力和流量自动调节、喷杆分段独立控制以及参数实时反馈等功能。试验结果表明：喷雾系统压力与实际流量近似满足线性关系，拟合度决定系数为0.997 5，流量值在0~50 L/min范围内，平均相对拟合误差为1.7%，标定精度能满足控制需求；精量喷雾控制阀组可调节的最大流量为40 L/min，阀门实际流量在阀门有效行程内变化较均匀，符合线性流量特性曲线关系。研究可为高地隙植保机精量喷雾控制策略提供参考。     

小型高地隙植保喷药机研制

针对现有植保机械使用维护成本较高、驾驶员易出现农药中毒等问题,研制了一种遥控式小型高地隙植保喷药机。喷药机主要由具备四轮转向、四轮驱动的高地隙行走系统和精量喷药系统组成;高地隙底盘行走系统由底盘框架、驱动总成、转向总成组成,用以固定安装控制装置、蓄电池和精量喷药装置,前桥采用铰接式悬浮机构使底盘具备良好的行驶稳定性和田间通过性。精量喷药系统由精量控制器、测速模块、药箱、液泵、喷杆和喷头组成,能够根据作业行驶速度实时调节液泵流量,保证喷药量的均匀一致。测试结果表明:该高地隙植保喷药机能够在人工遥控模式下沿直线路径和田间道路自动行走,横向偏差小于20cm,行驶速度能够根据作业需要实时调节,喷杆喷幅为6.5m,喷药量调节范围为4.2～18 L/min。     

高速插秧机自动转向系统研制

高速插秧机的液压助力转向装置为整体式安装,不能通过并联油路的方式实现其自动转向。为此,研制了以无刷电机作为动力源的电动自动转向系统,主要包括转角传感器、转向控制器、无刷电机及其驱动器和辅助传动机构。转角传感器用以测量高速插秧机的前轮转向角,转向控制器读取前轮的转向角度,基于数字PID控制方法计算无刷电机的旋转速度和旋转方向并将控制信号发送至电机驱动器。田间测试结果表明:自动转向系统在[-10°,10°]范围内的转向控制误差小于1°、均方根误差小于1°,具备良好的控制稳定性和可靠性,能够满足高速插秧机田间自动导航的基本要求。     

基于机器视觉的高地隙喷雾机自动导航系统设计

针对高地隙喷雾机在玉米中后期喷药植保作业对行难的问题,设计了一种基于机器视觉的高地隙喷雾机自动导航系统,并进行了可行性分析和仿真试验.系统整体由前置的CCD摄像头、车载计算机、STM 32微控制器、蓄电池组、步进电机及控制器,以及传感器模块组成,通过Labview编程软件实现程序的开发及数据的储存工作,车载计算器进行图...     

穴盘育苗生产线上料装置的设计

针对机械化育苗技术在加工番茄上应用存在的技术难题,研究开发了一种适用于加工番茄穴盘苗的自动化育苗生产线上料装置.阐述了该装置的结构特点及工作原理,并对影响穴盘填充合格效果的各因素进行了正交试验.结果表明:穴盘填充合格率受上料电机转速影响最大,受穴盘运动速度影响次之,受减速电机转速影响较小,受撒料电机转速影响最小.当减速电机转速范围取65～75r/min,上料电机转速范围取150～250r/min,撒料电机转速范围取30～50r/min,穴盘运动速度范围取10～15m/s时,取得的穴盘填充效果较好.     

棉花打顶机自动对行装置设计与试验

为了提高棉花打顶机的自动化水平,以高地隙底盘棉花打顶机为载体,利用传感器技术、电机控制技术和PLC控制技术,结合机采棉品种棉花种植模式,设计了棉花打顶机自动对行装置。该装置主要由检测机构、对行机构、电机控制系统、电子控制系统和控制软件组成。采用RecurDyn软件对检测机构进行运动仿真,探究运动规律,为角度传感器选取提供理论依据;利用角度传感器获取棉株偏行量,建立检测杆转动角度与步进电机步进量和转动方向之间的对应关系,通过控制步进电机的步进量和转动方向实现对偏行棉株的精确打顶;通过人机交互界面对控制系统进行实时监测,以提高驾驶直线度。为避免侧枝干扰,对两侧低侧枝情况控制系统采用位置信息对比方法获取主茎秆位置;对单侧低侧枝情况按原程序执行,田间实测表明该误差可忽略。田间试验表明,与人工对行相比,自动对行平均偏行量减小了8.08cm,同比降低56.62%,无偏行率同比提高275%。     

仿形进阶式天然橡胶自动割胶机设计与试验

为解决我国天然橡胶割胶工作强度高、技术难度大及割胶工紧缺等问题,本文设计一种仿形进阶式天然橡胶割胶机,通过分析割胶轨迹得到割胶轨迹方程,设计采用丝杠传动实现竖直运动和圆柱齿轮啮合传动实现椭圆运动的复合运动为割胶运动方式。工作时,整机通过可调式捆绑机构固定于橡胶树上;利用Arduino开发板控制电机的动作顺序,采用直流推杆控制割胶机进刀退刀动作,采用减速步进电机完成割胶机复合割胶运动,采用步进电机完成移位动作。为验证该机性能,利用Design-Expert软件设计并进行林间试验。结果表明：当割胶机在减速步进电机转速21 r/min、刀具角度25°和拉簧预紧力20 N时,割胶质量最佳且耗电量最低,前5 min排胶量为6.29 mL、平均耗电量为1.07 W·h,满足设计要求。     

基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统

目前在淡水养鱼业的生产中,使用的投饵机控制系统存在着定时不准确、可靠性差、投饵与间歇时间设置不合理、不能调节投饵距离、浪费饵料等问题。为了解决此类问题,研制了基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统,该系统设定参数为供饵时间、停饵时间、投饵时间和投饵距离,控制对象为输送减速交流电机和投饵直流电机;同时,从硬件和软件方面介绍了本自动控制系统的设计和制作。试验结果表明,该系统能够控制鱼用投饵机进行定时、定量投饵,做到科学喂鱼。     

东方红-3WPZ2500型高地隙自走式植保机

东方红-3WPZ2500型高地隙自走式植保机,是以柴油机为动力装置的自走式植保机械,适用于大型农场播种后撒水、除草剂喷洒、杀虫抗病药物喷洒和叶面肥喷施等作业。1.主要技术参数外形尺寸mm7000、3000、3850柴油机型号东方红-LR4110ZT柴油机型式直列、水冷、直喷、增压额定功率kW95(2200r/min)燃油消耗g/(kW·h)≤240(转矩430N·m时)     

水稻插秧机电动方向盘系统设计及控制研究

以富来威2 ZG-6 DM型水稻插秧机为应用对象,设计了一款以步进电机作为动力源的电动方向盘集成系统,由摩擦式扭矩限制器、减速器、步进电机及驱动器、角度传感器、主控装置、通信模块、开关及传动机构组成.提出了步进电机转角与转速控制算法,构建了考虑转向阻力矩的电动方向盘转角闭环控制模型,并运用MatLab对此模型动态响应进...     

水肥一体机EC传感器安装特性试验研究

【目的】确定水肥一体机EC传感器最佳安装角度。【方法】通过试验测定不同安装角度条件下,肥液的电导率值。【结果】从偏差系数可以看出,90°条件下(EC传感器处于水平位置),EC传感器所测得的EC值波动范围最小,其EC监测通道监测效果最好。且90°、135°、180°条件下,EC监测通道的监测效果要明显优于0°和45°条件。【结论】水肥一体机的EC传感器最佳安装角度为90°。同时,为避免溶质粘附在EC传感器的电极上面影响测量精度,应选用90(°水平方向)安装EC传感器,而不采用135°和180°条件安装。     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

高地隙液压四轮驱动喷雾机转向防滑控制系统

建立了高地隙四轮驱动喷雾机转向过程中的线性2自由度模型,以前轮转向为例计算出了实际转向角,设计了一种以实际转速比与理论转速比差值为控制对象的转向防滑控制系统。构建了转向电液防滑系统试验装置,分别在转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°以及转角在0°～30°连续变化时对控制系统进行了试验验证。结果表明,高地隙四轮驱动喷雾机的转向防滑控制效果良好,控制平均误差最大为2.01%,均值为1.25%。     

三维数值模拟扩压管锥角对涡流管性能影响

为研究涡流管冷端扩压管锥角对其性能的影响,进一步优化涡流管的结构参数,基于SolidWorks建立三维模型,利用软件Fluent,采用Standard k-ε湍流模型模拟涡流管管内气体流场,得到锥角5°,10°,15°,20°下冷端管的压力、速度、温度云图,当锥角大于15°时,分离效率开始下降,且冷端出口温度随着锥角增...     

BP神经网络预测变振幅防堵筛分性能研究——基于EDEM-RecurDyn仿真

针对物料喂入量变化导致振动筛面堆积堵塞,影响筛分性能的问题。以变振幅筛分机构导向滑槽转角为变量,RecurDyn和EDEM联合仿真水稻籽粒、茎秆非正常喂入(0.5 kg/s)条件下变振幅防堵筛分过程。BP神经网络预测不同滑槽转角下变振幅的筛分效率、含杂率,优化变振幅调节,缓解筛面堆积堵塞,改善筛分性能。结果表明物料非正常喂入(0.5 kg/s)下导向滑槽转角0°~10°时筛分效率在55%~58%内平稳上升,含杂率在0.1%~0.16%内小范围波动变化;滑槽转角15°~40°时筛分效率在58%~75%内线性增大,含杂率在0.11%~0.19%内波动上升;滑槽转角40°~45°时筛分效率骤然线性下降至65.8%,含杂率陡然升高至0.37%。BP神经网络预测滑槽转角在37°时变振幅筛分效率最高、含杂率较低,变振幅防堵筛分性能更好,此时筛分效率和含杂率为74.30%、0.20%。BP神经网络预测模型R2为0.999,预测误差集中在-0.000 41,预测曲线均高度拟合。验证了BP神经网络预测模型的可靠性和精确度。这为未来变振幅防堵筛分的智能化调控提供了依据。     

丘陵山地拖拉机机身自平衡机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机坡地适应性差,易翻倾,通过性差等问题,设计一种具有自动调平机构的504型丘陵山地拖拉机。整机采用机械传动,四驱轮式行走系统,两侧独立传动转向系统,平行四杆自动调平机构,可实现拖拉机姿态自动仿形调平。基于SolidWorks对拖拉机进行整机三维建模,运用ADAMS软件对虚拟样机进行侧倾稳定性动态仿真分析。结果表明: 自动调平机构调平动作范围732 mm,可在25°的坡地上保证车身横向水平。上坡极限翻倾角及下坡极限翻倾角均为45°,上坡纵向滑移角为33.69°,下坡纵向滑移角为16°,前后驱动轮越障高度为214 mm。调平状态下车身的最大侧倾角为37.5°,与理论计算35.93°非常接近。该机前后驱动桥均可进行独立调平,保证机身始终处于水平姿态,能够满足丘陵山地生产作业要求。     

拖拉机自动导航单因子控制系统设计

针对当前拖拉机自动导航转向控制系统结构复杂、算法繁琐及对上位所检测机位置姿态信息要求较高等特点,设计了一种基于51单片机为中央控制载体的拖拉机自动导航执行系统。本系统在不改变原车的液压转向控制系统的前提下,通过加装以步进电机为动力的驱动装置带动方向盘转动实现前轮转向;同时利用角度传感器不断检测前轮转角,为系统在进行转向决策时提供反馈,并且在执行过程中采用涡轮电机控制齿轮啮合与分离。控制系统采用单因子补偿控制算法,通过判断当前车辆的横向偏差走势判断当前的车身偏角。为验证程序算法以及结构设计的可行性,以TN954为实验对象,构建了转向系统和车身偏角的数学模型,运用Matlab/Simulink进行仿真。结果表明:拖拉机以3 km/h作业速度行驶时,在初始横向轨迹偏差设定在5 cm的调整过程中,稳态误差达到2%,单因子补偿控制算法所需的平均调整时间为1. 4 s,满足当今拖拉机自动驾驶控制实时性的要求。     

基于EDEM数值模拟的沙棘滚筒筛设计

为解决沙棘浆果中含有杂质,导致浆果筛分含杂较高的问题,设计三层结构滚筒筛装置,并确定振动电机、减震弹簧等关键部件参数。其激振力为7 644 N,功率为3.24 kW,减震弹簧刚度8 047.3 N/m。使用EDEM离散元软件对滚筒筛的转速、倾角进行模拟分析。模拟结果表明:当滚筒筛转速、倾角为38 r/min、8°时,其筛分效率、含杂率为84.2%、6.98%。以转速、倾角两个因素为自变量,筛分效率、含杂率为指标进行方差分析,当滚筒筛转速为38 r/min、倾角为8°时是最优参数组合解,且筛分效率、含杂率分别为82%、8.7%。实测值与仿真试验的筛分效率相差2.2%,含杂率的相差1.72%。