液压驱动喷药施肥机的设计

采用液压马达驱动的原理对自走式喷药施肥机进行了研究设计。可一次完成喷药20行,施肥3行;整机机构配置新颖独特,全液压喷药系统控制和机电一体化的施肥装置能在玉米的整个生育期进行喷药施肥作业。该机主要特点是驾驶室可根据作物的高矮进行无级调节,轮距宽度在1 m范围内进行无级调整,都是靠液压系统来完成。驱动轮设计成两轮驱动,也可以四轮驱动,从而增加了牵引力。     

3WPF-500型水旱作物田间管理机的研制

针对缺乏水稻、小麦等作物生长中后期病虫害防治、施肥等作业机具的现状,研制开发一种经济、适用的高地隙自走式田间作物管理机。该机集成高地隙自走式底盘、喷杆喷雾及撒肥系统、机电液控制系统于一体,前后轮距可实现无级调节,采用四轮驱动、四轮转向,转向灵活,满足了水旱田作物施药、撒肥的作业农艺要求。     

农用底盘轮距可调式转向机构

针对农用底盘轮距随农作物行距变化而适应性调整的技术需求,基于现有梯形转向机构、平行四边形机构,研究轮距调整联动转向原理,提出轮距调整和转向独立或同时进行的轮距可调式转向机构方案,确定关键参数和转向误差计算方法。设计了一种轮距可调式农用底盘,参照现有底盘相关参数并结合我国部分农作物行距分布情况,确定前桥轮距可调式转向机构关键参数并以最小轮距为基本轮距优化,分析不同轮距时的转向误差,计算结果表明:轮距调整后转向误差仍能满足农田作业转向要求。     

多功能全液压果园作业平台的设计与试验

为解决果园作业的机械化程度低和人工劳动强度大的问题,设计了一种多功能全液压果园作业平台。该平台采用全液压四轮驱动,双轮和四轮2种转向模式增强了行走能力、减小了转弯半径,适宜于复杂地形;采用了剪叉式升降机构和可展开式工作台,满足了不同高度和不同株距果树的果实采摘、果枝修剪的需求。同时,设计了调平机构实现平台坡地作业时工作台始终处于水平状态,且前、后两端安装果箱升降装置,便于装卸与运输。对样机进行性能试验,结果表明:其最大负载下行走速度为1.94m/s,最小转弯半径为3m,最大举升高度为2.4 3 m,最大作业宽幅为3 m,调平最大误差1.5°,采摘效率为0.4 2 hm2/h,满足果园作业使用要求。     

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。     

全液压驱动田间高架作业车的设计

根据河南高秆作物种植特点,采用三轮车"M"型高架结构、发动机等动力系统中置、三轮全液压驱动行驶的开式液压系统、液压转向系统以及液压轮距调整系统等结构,设计了适用于行距变化的高秆作物田间管理的全液压驱动田间高架作业车,其最大通过高度1 800 mm,液压控制速度范围0~17 km/h,后轮轮距调整范围2~2.4 m,解决了国内多数高通过性车辆传动系统复杂、价格高、轮距无法变换等问题,为高秆作物的田间管理作业提供了一种作业车辆。     

新型果园采摘作业平台升降调平机构设计与分析

针对目前果园采摘作业平台在升降调平过程中不够稳定、无法承受较大载荷、人身安全得不到保障的问题,通过理论分析、三维模型设计、性能试验相结合的方法,设计一种果园采摘作业平台升降调平机构。主要对该机构中的剪叉式升降架、左右调节支架、前后调节支架进行设计,对该机构的升降、上坡调平、下坡调平进行分析,并就相关参数进行分析计算,对样机进行模拟工作环境下的性能测试。试验结果表明:该样机最大举升高度1 535 mm,最大举升重量1 240 kg,平台举升时间28 s,角度调平范围±10°,调平最大误差±1°,满足设计要求,升降调平稳定可靠。     

复杂地形下仿生轮腿式机器人位姿控制研究

丘陵山地地势复杂、地形多变,农机装备作业环境以倾斜角度较大的斜坡为主,传统农机装备在丘陵山区复杂地形下作业时效率低、稳定性差,甚至会出现侧倾、翻车等现象。本文从仿生机械设计角度出发,提出一种在丘陵山地复杂地形下能够自主实现位姿调平控制的轮腿式机器人平台,提升复杂地形下的作业稳定性和安全性。以昆虫后足为仿生机械设计对象,并结合多连杆机构原理,完成新型变行程轮腿机构及机器人平台的整体架构设计。采用D-H参数法分析了轮腿机构运动学特性,结果显示轮腿式机器人离地间隙最大调整量为574mm,具备较强的越障能力。在空间坐标系上定义轮腿式机器人空间姿态参数,推导得到机身姿态角与轮腿伸缩量之间的空间姿态模型,并设计了基于NSGA-Ⅱ的机身空间姿态逆解算法。基于空间姿态逆解算法构建了轮腿式机器人全向位姿调平位姿控制系统,包含机身调平控制器、“虚腿”补偿控制器和质心高度控制器,在复杂地形下行驶时能够控制轮腿式机器人俯仰角、侧倾角、接地力、质心高度等空间姿态参数,然后通过搭建的轮腿式机器人ADAMS-Matlab联合仿真模型完成了位姿控制系统算法仿真验证。在机器人样机上开展了离地间隙自动调整和机身全向位姿调平试验,试验结果表明,试验样机离地间隙最大调整量为574mm,同时在复杂地形下能够实现机身位姿全向自动调平,调平平均时间约为1.2s,调平平均误差为0.8°,位姿控制响应速度与调平精度能够满足实际工作要求。     

丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统设计与实验

为保证拖拉机在丘陵山地的安全作业,并提高作业效率及乘坐舒适性,设计了基于双闭环PID算法的丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统。首先,根据丘陵山地特定作业需求设计了姿态主动调整系统,包括姿态调整机构、液压驱动系统和控制系统;然后,建立了系统动力学模型,通过数值分析验证了该自动调平控制算法的有效性;最后,在山东五征集团生产的拖拉机上安装此系统,并进行了实验验证。结果表明:所设计的姿态主动调整系统在±10°的坡地上调平时间为7. 5 s,最大调平误差小于0. 5°,左右摆动机构摆角绝对值的差在±1°以内,能有效满足丘陵山地作业需求。同时,该拖拉机在高低起伏较大的坡地上以1挡速度(1. 98 km/h)行驶时,车身倾斜角可控制在±3°范围内,左右摆动机构摆角绝对值差在±5°范围内。所设计的姿态主动调整系统能适应恶劣作业环境的作业需求。     

履带式联合收割机横向调平底盘设计

针对履带式联合收割机在不平坦地表作业时,车体倾斜角度大、收获效率低、驾驶舒适性差的问题,设计一种履带式联合收割机横向调平底盘。该调平底盘基于平行四边形原理设计,可实现底盘离地高度与横向倾斜角度的主动调节。设计底盘调平控制策略,可在联合收割机作业时自动调节车体横向倾斜角度。使用ADAMS与AMESim搭建机电液联合仿真平台,并针对调平底盘与传统底盘在同一条件下进行仿真分析。仿真结果表明:与传统底盘相比,在横向落差为130 mm的条件下调平底盘最大横向倾角降低约75%。同时搭建底盘调平试验台,进行静态调平与动态调平试验。静态调平试验表明:在系统调节范围内,调平误差小于0.5°,调节时间小于5 s。动态调平试验表明:在系统调节范围内,车身倾斜角度小于±1.5°。     

具有平衡摇臂悬架的丘陵山区动力平台转向系统

为适应丘陵山区地形和不同农作物的农艺特点,提出一种具有平衡摇臂悬架和H型传动的可变地隙和轮距的动力平台,该平台采用无转向梯形的四轮全液压转向,转向方式为同侧两车轮采用对称角度的偏转转向,以减小转弯半径并实现同辙转向。采用遗传算法优化左、右转向油缸的位移关系,以实现阿克曼转向。为避免运动干涉,参照同轴距普通拖拉机的最小转弯半径确定车轮极限转角。当变地隙后车轮绕主销偏转,平台的轴距发生改变和变轮距后轮距发生改变后,可根据几何关系重新确定车轮在水平面内有效转角与转向油缸位移的关系,讨论了变地隙和变轮距满足阿克曼转向的条件。实验结果表明,设计的转向系结构和转向策略是合理的和可行的。     

山地果园遥控单轨运输机设计

为解决山地果园运输困难的问题,设计了一种山地果园遥控单轨运输机。该单轨运输机由链轮链条机构实现驱动;单轨依地形铺设,适应了复杂地形的运输需要;机架装有防脱轨防侧倒装置,防止运行时单轨运输机脱轨和侧倒。以人工驾驶单轨运输机为研究对象,设计了一套遥控驾驶系统,实现单轨运输机的遥控驾驶。试验表明,该单轨运输机上坡可载重300kg,爬坡角度不大于38°,下坡载重1000 kg,转弯半径不小于4 ,其控制系统遥控距离可达300 ,工作可靠,适合山地果园作业。     

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题,本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive,4WID）喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID,转向半径小,前后轮的运行轨迹高度一致,能够减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题,基于喷雾机线性时变的运动学模型（LTV）,构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）器根据预期路径、车辆当前位置,获得喷雾机的转向角和运动速度,实现路径跟踪。下层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器,从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有效控制,提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明,在复杂的工况条件下,喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内,防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响,有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径,与未考虑驱动轮滑移的控制相比,能够适应更加复杂的工作环境,跟踪精度有明显提升。     

气送式油菜播种机集排器供种装置设计与试验

针对现有气送式播种机集排器供种装置在油菜种植区域地表坡度变化范围大时供种量稳定性不足等问题,设计了一种采用调节弹簧调节清种毛刷与外切圆弧型孔轮距离,从而控制充种及清种量、实现坡地播种、稳定供种的供种装置。阐述了供种装置的工作原理,确定了外切圆弧型孔曲线方程、主圆弧偏转角及种量调节机构结构参数,分析了种量调节机构与型孔轮间的力学关系。利用智能种植机械测试平台进行了供种装置性能优化试验,以清种毛刷厚度、调节弹簧有效圈数、调节板厚度、主圆弧偏转角为试验因素,采用二次旋转正交组合试验分析各因素对坡度地表供种量稳定性的影响。采用主要目标法确定最佳参数组合为:清种毛刷厚度为13 mm、调节弹簧有效圈数为82.5、调节板厚度为7.8 mm、主圆弧偏转角为7.7°,固定倾斜-5°~5°相对无倾斜下的供种速率变化率不超过4.29%、供种速率稳定性变异系数不超过0.52%,供种稳定性较优。最优参数组合下的台架验证试验表明,供种速率在摆动-5°~5°相对无倾斜状态的变化率不超过1.6%,供种速率稳定性变异系数不超过0.86%,满足油菜坡地播种供种量稳定性要求。     

数控锥面砂轮磨齿机磨削变齿厚渐开线齿轮研究

针对现有锥面砂轮磨齿机磨削变厚齿轮时机床调整繁琐这一局限性,基于变厚齿轮是由产形齿条包络而成的这一概念及二者的空间几何关系,在分析工作台倾斜式和数控式变厚齿轮磨削方法的节圆柱螺旋角、端面压力角及砂轮安装角等参数基础上,提出了一种可磨削变厚齿轮的新型数控锥面砂轮磨齿机。研究结果表明,新方案磨齿机磨削变厚齿轮时,齿廓左右两侧的调整参数完全相同,一次装夹调整即可实现左、右齿面的精密磨削,具有机床调整简单、磨削效率高等优点。     

宽幅指盘搂草翻晒机设计与试验

针对国内已研发生产的搂草机机型小、作业速度慢和结构性能差的现状,设计开发了宽幅指盘搂草机,该机适用于农作物秸秆和牧草的搂集、翻晒和并垄作业。该文对宽幅指盘搂草机的总体结构、搂草指盘、搂草指盘调节机构、集草宽度调节机构以及液压控制系统进行了设计并对整机进行了性能试验。试验结果表明:该机结构设计合理,其搂幅8.5 m,漏搂率1.5%,花叶损失率2.6%,生产率12.5 hm2/h,各项性能指标都达到了设计要求。      

基于机器视觉的农业车辆路径跟踪

简述了一种基于机器视觉的农业车辆自动导航系统.提出了直线检测算法,显著降低了内存需求和时间消耗;以横向偏差和航向偏差作为输入量,构建了二维模糊决策器,对期望前轮转角进行决策;构建了基于PID的转向控制器,实现前轮转向控制,并采用简化的两轮车运动学模型进行了仿真.仿真和实验结果表明,该导航系统可以有效地实现直线路径跟踪.当车速为0.3m/s时,最大跟踪横向偏差不超过5cm,平均偏差不超过2cm;当车速为0.6m/s时,最大跟踪横向偏差不超过8cm,平均偏差不超过4cm.     

丘陵山地姿态调整轮式拖拉机运动控制研究

以丘陵山地姿态调整轮式拖拉机为研究对象,提出了一种基于改进遗传算法的运动控制方法,可根据地形条件实现对拖拉机的实时调平控制,提高其车身稳定性。首先,根据拖拉机机构间的运动关系,建立表征其轮心位置与车身姿态参数关系的运动学模型,并进行算例求解,验证了运动学模型的正确与准确性。然后,以提高拖拉机车身稳定性为控制目标,在运动学建模的基础上设计了一种基于改进遗传算法的运动控制方法。最后,对算法进行仿真验证,结果表明,使用算法进行运动控制可有效降低其车身姿态角,横向坡地最大侧倾角降低13.3°,纵向坡地最大俯仰角降低4.3°;在两种坡度兼有的路面上进行综合调整,其最大侧倾角和最大俯仰角分别降低13.8°和4°,极大提高了车身稳定性。同时将改进遗传算法与传统遗传算法进行对比,结果表明,改进遗传算法在响应时间和控制精度方面均优于传统遗传算法,其算法响应时间较传统遗传算法缩短63.93%,大幅提高了算法效率。     

联合收获机原地转向变速器设计

为提高联合收获机的机动性和工作效率,设计了由湿式摩擦片离合器传递反转动力的原地转向行走变速器并进行试验研究。结果表明:正、反转动力转换柔和传递可靠,理论转向半径为零;与传统单边制动转向机构相比,作相同角度转向时,转向行程比后者下降了50%,转向功耗比后者下降41.43%,并减轻了对田间地表的破坏。原地转向技术的应用,可减少田间作业空行程,提高机器机动性,从而提高了联合收获机的整机技术水平。