轮式高地隙喷雾机行走液压驱动系统的设计研究

针对农业现代化植保作业及液压传动的技术特点,设计了高地隙喷雾机行走液压驱动系统,对行走液压驱动系统中元器件的选择进行了研究,并运用软件AMEsim进行建模仿真分析,为样机的制造奠定了基础。     

高地隙喷雾机自转向电动底盘控制系统设计与试验

针对传统机械传动式高地隙喷雾机底盘在水田环境行走时容易陷入泥泞和深沟的问题,设计了一种四轮独立电驱动自转向电动底盘。底盘转向机构由可自转向的前后桥构成,根据自转向机构特点,提出了底盘部分动力学建模方法,将未建模动态以及外部扰动合并为总扰动,构建扩张状态观测器（Extended state observer, ESO）,实时估计总扰动并进行扰动补偿,再对无扰动的线性模型设计串级比例控制器,进行模型参数辨识与控制验证。仿真结果表明,采用阶跃信号模拟扰动,ESO扰动观测值可在0.5s内收敛到实际扰动;扰动观测器收敛后,当期望转角从0°突加至20°时,得到转角跟踪控制响应曲线的上升时间为1.9s,超调量为2.3%。试验表明,喷雾机以1m/s的速度行驶在平坦路面时,前转向桥转角上升时间为3.1s,后转向桥转角上升时间为2.0s,说明本控制方法具有较好的控制效果;喷雾机在满载的情况下工作在泥泞田间时,可以越过宽20cm、深40cm的泥泞深沟,说明其在田间具有良好的通过性。     

四轮独立驱动高地隙无人喷雾机轨迹跟踪自适应控制

针对高地隙喷雾机在自主导航作业中因侧滑影响而导致轨迹跟踪精度降低的问题,提出一种基于四轮独立驱动(4WID)高地隙无人喷雾机的自适应控制方法.首先,建立4WID高地隙喷雾机的运动学模型;然后基于运动学几何约束和速度约束,引入两个表征侧滑效应的参数构建改进位姿误差模型;最后将参数自适应与反步控制方法结合,设计自适应控制律...     

高地隙喷雾机在玉米生产中的应用

阐述了高地隙喷雾机在玉米生产期内病虫草害防治过程中的重要作用,重点介绍了国内外典型高地隙喷雾机产品的技术特点和应用现状,分析了制约国产高地隙喷雾机发展和推广的因素,探讨了国产高地隙喷雾机的发展趋势,指出了国产高地隙喷雾机在地隙、市场需求灵活性方面具有较大优势,市场前景良好,为我国高地隙喷雾机的研发、推广应用提供借鉴和参考。      

自走式玉米高地隙喷雾机底盘系统设计研究

玉米生长中后期常规施药机械难以适应,高地隙喷雾机的研制问题亟待解决。自走式高地隙底盘技术是玉米高地隙喷雾机研制的核心问题。为此,根据玉米生长中后期植保作业要求,制定了喷雾机总体设计方案;结合自走式底盘技术原理,应用solidworks对喷雾机底盘系统相关的行走系、转向系、制动系、轮距调整系及喷杆系等关键系统进行了三维设计,为底盘系统动力学建模、性能仿真分析及自走式玉米高地隙喷雾机的研制奠定了基础。     

同步转向高地隙喷雾机模糊自适应轨迹跟踪预测控制

为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性,提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先,基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型,并对该运动学模型进行简化;然后,基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型;最后,结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比,模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时,其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点,设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。     

高地隙自走式喷雾机发动机悬置系统优化设计

某经济型高地隙自走式喷雾机使用三缸发动机作为动力,但低速作业时整车振动剧烈,对喷雾性能产生了不利影响。针对这一问题,对悬置系统进行重新设计。低速运行时,激励主要来自绕曲轴轴线的转矩波动,故采用隔振器斜置式布置方案。根据振动理论,对隔振器安装位置和倾斜角度进行计算和优化。理论分析和试验结果表明:改进设计后,整车振动情况得到较大改善。     

高地隙电动拖拉机机驱动系统研究

我国是一个农业大国,农业在我国的国民经济中占了较大的比重,但是,我国在农业方面的技术与发达国家相比是落后的。要实现农业现代化,必须在农业机械化方面作出努力。农业机械已经成为我国现代农业发展的助推力,不仅可以极大节省农业成本,还能解放劳动生产力。本文所研究的高地隙电动拖拉机机便是农业机械的一种,基于高地隙电动拖拉机实际作业工况对电驱动系统的要求,设计一种基于直流电动机的驱动、采用行星轮系减速的高地隙电动拖拉机。     

高地隙喷雾机自动导航驾驶管理系统

我国是农业大国,近年来农业科技发展迅速,高地隙喷雾机因其高效节能、省时省力等优点逐渐被广泛应用.目前,我国仍需要大量劳动力来驾驶喷雾机,驾驶期间也并未将人与机器分离,导致农药对人体造成的直接伤害不可小觑.自动导航驾驶不需要人为驾驶,将人与喷雾机分离,节省了劳动力又保障了人身安全.为此,研究了一种高地隙喷雾机自动导航驾驶...     

高地隙自走式喷雾机多模式液压转向系统设计与试验

为提高高地隙喷雾机的机动性能和作业效率、减少压苗损伤,设计了基于PID控制算法的多模式液压转向系统。采用AMESim软件建立了机械-液压系统耦合模型,采用序列二次组合优化算法确定PID参数的最佳组合,并对不同负载力和负载质量下的系统控制精度进行仿真。仿真结果表明:当比例系数为19.087、积分时间常数为2.008、微分时间常数为0.032时,系统误差最小;前后液压缸负载力差值或负载质量变大,位移误差随之增大,最大误差为-2.18 mm,PID控制算法和压力补偿系统确保了变载荷下系统的控制精度。研制了多模式液压转向系统,进行了坡地和田间转向试验,田间试验时,前后轮转向液压缸之间平均位移误差为4.07 mm,最大误差为-17.59 mm;在坡度15°的路面上,前、后轮转向液压缸之间的平均位移误差为4.89 mm,最大误差为21.34 mm;在前轮转向和四轮转向模式下,不同外前轮转向角田间转向半径的实测值略均大于理论值,误差率均小于4.0%。试验结果验证了所设计的转向系统具有较高的控制精度和稳定性。     

轻便型高地隙喷杆喷雾机大豆田间施药试验

针对大豆作物生长中后期施药难、施药效果差的问题,设计了一种轮距1600～1750mm可调、地隙800mm、轴距2000mm、喷幅8000mm、具有风幕辅助喷雾系统的轻便型高地隙喷杆喷雾机,并进行了田间施药试验。试验结果表明：在作业速度4km/h时,通过提高喷雾压力可使大豆冠层叶片正面的雾滴覆盖率在上层提高19.0个百分点,中层提高17.0个百分点,下层增加不到5个百分点;叶片背面的雾滴覆盖率在上层提高5.5个百分点,中层提高2.3个百分点,下层增加不足1.0个百分点。通过更换喷嘴而提高雾滴的喷施量可以使大豆冠层叶片正面的雾滴覆盖率在上层提高210个百分点、中层提高26.0个百分点,下层提高10.0个百分点;叶片背面的雾滴覆盖率在上层提高5.0个百分点,中层提高1.0个百分点,下层无显著影响。当风幕出口风速为11.5m/s时,风幕系统能够使大豆冠层中部叶片正面雾滴覆盖率提高26.8个百分点,下部提高22.0个百分点,对大豆冠层上部叶片背面雾滴覆盖率提高23.1个百分点,中部提高18.1个百分点,下部提高8.4个百分点;风幕式施药技术能够有效提高雾滴在大豆冠层中的穿透性和分布均匀性,增加雾滴在植株各冠层叶片背面的附着率,但雾滴的地面流失率相对不使用风幕有所增加。     

高地隙自走式喷雾机多轮转向系统设计与试验

大型高地隙自走式喷雾机在田间作业过程中,由于整车地隙高、质量以及体积较大,导致换行及转场作业困难,影响作业效率。为提高喷雾机的机动性能和作业效率,设计了一套全液压多轮转向系统,并提出了基于PID控制方法的四轮转向系统控制方法。在建立全液压转向系统数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行了转向系统仿真分析。仿真结果表明:四轮转向过程中后轮转角对前轮转角的跟随存在0. 04 s的滞后,最大转角跟随误差为2. 82°,误差在阿克曼转向理论允许范围之内,满足转向要求。基于研发的3WPG-3000型大型高地隙自走式喷雾机,搭建了多轮转向系统实车试验平台,进行了后轮对前轮转向角的跟随控制试验,试验结果表明:在田间随机转向试验过程中,最大转角跟随误差为2. 60°,满足四轮转向要求,验证了所设计的多轮转向系统的响应性、准确性和稳定性。     

基于滑模自抗扰的同步转向高地隙喷雾机姿态控制

为提高同步转向高地隙喷雾机转向机构对目标状态的响应速度与鲁棒性,提出了一种滑模自抗扰姿态控制策略。首先,基于同步转向结构建立喷雾机姿态控制模型;其次,将喷雾机的姿态控制模型进行解耦并转换为反馈系统标准型;然后,设计线性扩张状态观测器对模型总扰动进行实时补偿,并根据补偿后的模型推导出终端滑模控制律;最后,分别通过仿真试验以及场地试验对姿态控制器的性能进行验证。在场地试验中：当目标转角为5°时,喷雾机前、后转向角的响应时间分别为1.55 s和1.45 s,当目标转角为20°时,前、后转向角的响应时间分别为3.05 s和2.95 s。本文所提出的滑模自抗扰姿态控制器与传统PID姿态控制器相比,前、后转向角的响应速度分别提高8.42%与1.89%,稳态误差分别降低2.96%与3.15%。仿真试验与场地试验结果表明,滑模自抗扰姿态控制算法收敛速度快、鲁棒性强,能够满足喷雾机在不同环境下进行无人自主导航作业的需要。     

高地隙喷雾机可伸缩式喷杆设计

目前,国内高地隙喷雾机普遍存在喷杆工作喷辐相对固定、不能够根据实地工作条件进行灵活调节等问题。为此,设计了一种可伸缩式喷杆,喷辐可调,且在设定喷辐后分别固定在内外框架上的喷管可以利用管内药液的压力进行自动对接,并可根据实际的应用环境在一定的范围内选择不同的喷幅进行施药工作。同时,利用三维软件建立模型并运用仿真软件对喷杆进行有限元分析,搭建简易的喷架模型,针对对接装置的相对位置进行误差测量与分析。仿真结果表明：喷架力学结构合理,喷辐可以按照设计要求进行准确的改变,为解决目前高地隙喷雾机喷杆存在的问题提供了一种方案。     

高地隙自走式喷杆喷雾机的设计与试验

针对小麦、棉花等农作物田间喷药作业的需求,设计一种高地隙自走式喷杆喷雾机。对整车机架、喷杆升降机构、轮距调节机构、转向机构、喷杆、液压行走系统、喷雾水路系统等关键零部件和系统进行了研究和设计,并制作出样机。通过样机试验验证整机设计方案及功能、性能等,试验测得最大行驶速度为32 km/h、最大爬坡度>20%,最大侧翻稳定角度为18.1°,喷雾量变异系数为6.3%。试验表明,样机的各项功能和操作等满足设计要求。该样机的设计和试验为高地隙自走式喷杆喷雾机的相关研究和设计奠定了基础。     

水田高地隙喷杆喷雾机传动齿轮箱的参数化设计

通过对南方水稻种植特点的调研并结合农艺要求,确定了水田高地隙喷杆喷雾机的具体工作参数,设计了喷杆喷雾机的传动齿轮箱,包含行走传动齿轮系统和喷施传动齿轮系统,实现了整车的动力合理分配。通过在Pro/E软件中定义设计参数、建立渐开线方程及其他各参数之间的方程,对齿轮箱的直齿锥齿轮和直齿圆柱齿轮进行参数化设计,实现不同参数齿轮模型的自动生成,并进行虚拟装配,提高了设计效率,降低了设计者的劳动量。     

高地隙可调节底盘喷雾机的设计及稳定性分析

针对我国华北地区玉米种植整个生长周期玉米病虫害及不同区域玉米种植行距不同的植保问题,设计开发了一款自走式高地隙底盘可调节喷雾机。该喷雾机可通过调节底盘地隙高低与轮距,满足应玉米在不同生长阶段的药物喷洒及不同区域玉米行距的需求。通过SolidWorks进行整车关键部件三维建模,经喷雾机的稳定性理论计算分析后再对行驶工况进行Adams稳定性仿真分析,结果表明:横向行驶时侧倾角为29.40°,符合车辆设计横向侧翻稳定性要求。     

大田蔬菜高地隙自走式喷杆喷雾机的研制

针对我国缺乏大田蔬菜地高效施药机具的现状,研制出一种小型、高效、安全的防治大田蔬菜与水稻病虫草害的轻便型自走式高地隙喷杆喷雾机。该机具集成高地隙自走式底盘、喷雾系统、机电液中央控制系统,自走式底盘主要由机架、动力系统、行走转向系统以及液压系统几个方面组成。该机具四轮驱动、四轮转向、行驶稳定、转向灵活、适应性强,喷杆前置、药箱后置,保证了整机重心平衡,采用电动推杆实现喷杆的折叠,减轻了喷杆质量,作业效率高,不仅满足大田蔬菜施药农艺要求,还可应用于水田施药作业。     

高地隙喷雾机主动空气悬架减振控制与实验

高地隙自走式喷雾机在接近于系统固有频率的地面条件下工作时,由于车身重心高、喷杆质量大且展开后较长,导致工作时车身与喷杆大幅剧烈摆动,影响作业质量甚至危及安全。针对此,本文提出适时开启的主动空气悬架减振方案。方案实施过程中,一方面需要解决空气弹簧充放气过程中的非线性控制问题,另一方面则需面对车身加速度与位移多变量同时控制以及最大控制力和悬架行程受限的传统问题。为此,制定了一种空气悬架H∞状态反馈与时频非线性联合减振控制策略。首先求解系统在约束条件下的H∞状态反馈控制器增益,基于此控制器可计算系统在地面扰动下的空气弹簧所应实施的目标压力;然后设计时频非线性控制器,依靠该控制器实时调节比例电磁阀开度进而控制空气弹簧压力使其跟随目标。基于室内台架实验,在模拟地面条件接近于系统固有频率以及田间随机路面激励两种工况下,对所提策略进行了验证。结果表明,系统在一阶共振频率的激励下,被动悬架簧载质量最大加速度达8.5 m/s2左右,半主动悬架的最大加速度约为7 m/s2,而主动空气悬架的最大加速度降低至2.5 m/s2,并在主动控制过程中,悬架位移始终保持在限制范围内,激振结束后悬架位移逐渐恢复至零初始位置;在随机田间路面激励工况下,主动控制悬架的车身加速度亦显著降低,证明了主动减振方案的有效性。     

四驱高地隙轮式喷雾机闭式液压传动系统设计与试验

高地隙轮式喷雾机在西北与东北有广泛的农业经济市场,结合高地隙轮式喷雾机的工作特点与闭式液压系统的优势,制定合理的工作参数,设计符合要求的液压系统。运用AMESim软件模型创建闭式液压传动系统,并根据设计选型的液压元器件数据进行仿真分析。根据分析结果对样机进行优化升级,并进行验证试验。试验结果表明,设计的闭式液压传动系统满足高地隙轮式喷雾机实际工况的使用要求,为农业机械智能化控制改造提供可靠的试验平台。