温室作业用柔性底盘试验样机的设计

结合设施农业实际作业要求,研制了基于四轮独立驱动与四轮独立转向原理的柔性底盘试验样机.试验样机轮距1320 mm,轴距1200 mm,最小离地间隙235 mm,整机质量750 kg.底盘设计额定牵引力2400 N,额定功率8 kW,最高设计时速28 km/h,犁耕作业速度5 km/h,连续犁耕作业时间大于1 h.设计并搭建了采用CAN总线通信的模块化分层控制系统,其中单轮行走系控制子系统采用自适应模糊PID控制算法来协调控制.相对于理论样机,柔性底盘试验样机在整机动力、机械结构和控制系统等方面做出了多项改进.进行了单轮行走系转向响应试验和底盘基本运行姿态试验,得到各轮行走系平均转向角度为89.84°~90.11°,平均转向响应时间为4.24~4.28 s;在各基本运行姿态下,底盘质心加速度跳动值均小于0.007 g.表明柔性底盘试验样机能够在硬化路面上有效稳定运行.     

基于PWM信号的农用柔性底盘驱动与转向协同控制特性试验

针对四轮独立驱动独立转向的农用柔性底盘驱动转向时需要同时打开和锁紧电磁摩擦锁的矛盾,该文提出一种基于脉冲宽度调制信号(pulse width modulation,PWM)的电磁摩擦锁控制方法来实现偏置转向轴机构的分时步进驱动和转向,并利用自制偏置转向轴试验台,采用双因素试验测试了PWM波频率和占空比对偏置转向轴电磁摩擦锁脉冲锁紧力矩的影响,采用三元二次正交旋转组合试验测试了分时步进驱动和转向时频率、占空比和轮毂电机转速对转向特性的影响。双因素试验结果表明:频率、占空比及其交互作用对脉冲锁紧力矩均有极显著影响(P0.01);在频率4~24 Hz、占空比20%~80%时,锁紧力矩变化范围为6.822~40.046 N·m;旋转组合试验结果表明:频率、占空比、两者交互作用及轮毂电机初始转速对分时步进转向时转向平均角速度均有显著影响(P0.05),转向平均角速度随占空比和轮毂电机初始转速增大而减小,随频率增大而缓慢增大,在频率4~24 Hz、占空比20%~80%、初始转速30~120 r/min时,转向平均角速度变化范围为0~0.514 rad/s。该结论可为农用柔性底盘驱动与转向协同控制提供参考。     

对辊式红花采收装置参数优化及试验

为了提高对辊式红花采收装置的作业质量,以"裕民无刺"红花品种为试验对象,利用搭建的对辊式红花采收试验台,以对辊间隙、胶辊直径和胶辊转速为影响因素,采净率、掉落率和破碎率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-Expert 6.0.10软件,建立了评价指标与诸影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:胶辊直径40 mm、对辊间隙0.5 mm和胶辊转速1 400 r/min。根据优化参数组合,选取开花后1~5 d(含水率为44.6%~78.4%)的红花进行采收试验,试验结果表明:在优化参数组合下,红花采净率90.02%,掉落率2.46%,红花破碎率3.04%;在该试验参数组合,对含水率为22.9%~29.5%干花进行采收,出现大量红花残留在果球表面,作业质量急剧下降现象,因此红花适时收获时间为开花期1~5 d为宜。通过在新疆塔城地区裕民县进行红花田间采收试验,表明该采收装置能够满足红花采收的技术要求。上述研究成果丰富了红花采收技术,也为辊式采收机具的设计提供参考依据。     

锥体帆布带式排种器参数优化与试验

为使锥体帆布带式排种器性能达到育种试验播种要求,该文对设计的锥体帆布带式排种器相关结构进行了分析与参数优化试验。通过对该排种器的泄种、分种、携种环节中种子的力学、运动学及空间排布情况分析,选取出对锥体帆布带式排种器作业性能有显著影响的参数,通过单因素试验和图表分析将参数影响程度进行量化,确定了影响排种性能的主要参数有:锥体转速、锥体倾角和楔形环域单位排布量。通过三因素二次正交旋转设计试验,建立了因素与试验指标(排种均匀性变异系数)的回归方程;经优化计算得出:当锥体转速为3.46 rad/s,锥体倾角为45.8°,楔形环域单位排布量为7粒/cm时,排种器的性能综合评价指标达到育种试验最佳水平。该排种技术在2BZH-6型株行育种条播机上进行了推广应用,经田间试验验证,最佳参数组合下锥体帆布带式排种器不存在伤种和存种现象,作业性能与锥体格盘式排种器相比提升明显。该研究为现有育种条播机排种部件的改进设计提供了参考。     

滚筒-栅条式银杏脱壳机结构参数的优化

为了提高银杏果脱壳品质和效率,研制了一种滚筒-栅条式银杏脱壳装置,通过对不同含水率银杏果的脱壳对比试验,发现脱壳率和破仁率主要取决于转子转速、滚筒直径、栅条间隙。采用中心组合试验设计方法进行了银杏脱壳试验,建立了银杏脱壳率和破仁率与转子转速、滚筒直径、栅条间隙之间的数学模型,并采用响应面优化分析和多目标优化法,得到了滚筒-栅条式银杏脱壳装置的最佳工作参数。结果表明:当转子转速为180r/min,滚筒直径为182mm,栅条间隙为10.5mm,含水率为12.6%时,银杏脱壳率为92.80%,破仁率为8.10%。该装置设计为银杏果脱壳生产提供了新的方法。     

油菜扰动气力盘式穴播排种器参数优化与试验

针对油菜气力式精量排种器作业速度提高易产生漏充影响穴播排种性能的问题,该研究对油菜扰动充种过程进行动力学分析,建立了扰动充种力学模型,明确了充种性能受到种盘转速、工作负压和种盘结构的影响;运用EDEM软件构建了可划分强制扰动区与摩擦扰动区的种子与种盘运动接触仿真模型,以槽齿厚度、槽齿数目和种盘转速为试验因素,以强制扰动区种群平均速度为试验指标,研究了各因素对种群扰动性能的影响规律,获得了较优的槽齿参数组合;以槽齿厚度、槽齿数目、种盘转速和工作负压为试验因素,以漏充率与充种合格率为评价指标进行了四因素三水平正交试验,通过极差分析得到了槽齿较优参数组合,即槽齿数为18、槽齿厚度为1.0 mm,与仿真结果一致,通过台架对比试验明确了对种群具有定向扰动的种盘可有效改善充种性能;开展了安装最佳种盘的穴播排种器穴播排种性能优化试验,以种盘转速与工作负压为试验因素,以空穴率与穴粒数合格率为试验指标,采用三水平析因试验设计,并对试验结果进行回归分析。结果表明,在种盘转速为40～80 r/min,工作负压在2392～2 500 Pa的条件下,空穴率均低于3%,穴粒数合格率均高于96%。田间试验表明,油菜种植密度为（70±4）株/m2,平均空穴率为4.6%,平均穴粒数合格率为90.54%,满足油菜农艺种植要求。该研究可为皖江地区油菜机械化穴播技术及装备研究提供参考。     

切割厚度可调甜菜切顶机构的分析与参数优化

针对现有甜菜切顶机构在切顶过程中切割厚度不能随甜菜青顶大小自动调节问题,提出一种新的切顶机构。对其工作原理进行分析,建立其运动学模型,推导机构各关键点的（角）位移、（角）速度和（角）加速度方程。基于Visual Basic 6.0编写机构的运动学仿真与优化软件,利用该软件分析链轮传动比、齿轮节圆半径、摆臂长度、仿形轮半径等主要参数对切刀切顶轨迹和甜菜青顶切割厚度的影响,并通过人机交互优化方法得到一组较优的机构参数,其对应的切顶轨迹曲线能满足甜菜切顶的农艺要求。基于Matlab语言编程,采用遗传算法对仿形轮线速度和牵引速度进行了分析与优化,优化结果优于经验值。最后,根据优化所得机构参数建立了切顶机构三维模型,通过ADAMS虚拟样机进行试验验证,虚拟试验结果与理论分析结果一致。     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

小麦小区条播机离心分种器参数优化与试验

为了对离心分种器进行结构改进和参数优化以提高小麦小区播种机的分种均匀性,该文对小麦离心分种过程进行运动分析,得出小麦籽粒的运动受到离心分种器转速、分种面夹角和分种距离的影响;采用离散元仿真软件,建立仿真模型,以离心分种器转速、分种面夹角和分种距离为试验因素,以分种均匀性变异系数为试验指标,进行不同播量下的三因素三水平正交试验,研究各个因素对分种均匀性的影响规律,以获得较优的参数组合。仿真试验结果表明,在播量为2 000、3 000粒时影响分种均匀性的主次因素为离心分种器转速、分种距离和分种面夹角,在播量为1 000粒时为离心分种器转速、分种面夹角、分种距离;通过仿真试验和台架试验,确定离心分种器较优参数组合为离心分种器转速1 250 r/min、分种面夹角120°、分种距离17.5 mm,台架试验条件下3种播量的分种均匀性变异系数分别为5.18%、4.45%和3.98%,与仿真试验结果相差0.36%、0.14%和0.55%,两者基本一致,且籽粒破碎率为0.17%、0.13%和0.14%,具有较小的籽粒破碎。该研究可为小麦小区条播机的离心分种器优化改进以及分种性能提升提供参考。     

油茶果脱壳机的设计与工作参数优化

为改进油茶果脱壳机性能,提高脱壳率、降低茶籽破损率,该文研究了油茶果的物性参数和常用脱壳机的工作原理及结构特点,采用挤压、搓擦原理,设计了一种脱壳间隙可调节的油茶果脱壳机。选取脱壳电机转速、分离电机转速和脱壳间隙3个因素,以脱壳率和茶籽破损率为指标进行正交优化试验。研究结果表明:新收获的油茶果含水率平均值为60.08%,粒径分布范围为20~50 mm。脱壳间隙对指标的影响最为显著,优化后的脱壳电机转速为125 r/min,分离电机转速343 r/min,脱壳间隙12 mm,此参数条件下脱壳率为96.91%,茶籽破损率为3.38%,处理量可达2 t/h。该研究满足实际生产要求,可为油茶果脱壳加工提供参考。     

农用智能移动作业平台模型的研制

智能移动作业平台是实施“精细农业”的基础。自动导航控制技术是智能移动作业平台的重要技术之一。为了开展农田智能移动作业平台及其导航控制技术研究,将计算机技术、传感器技术、GPS技术和数据通讯技术等集成与融合,研制了一种以蓄电池为电源,电动机为动力的农用智能移动作业平台模型。在平台模型的基础上,开发了基于GPS和电子罗盘的导航控制系统。详细论述了导航控制系统的工作原理、控制方法。试验结果表明,该平台模型能按预定的路线行走,直线行走偏差在1 m以内,弯道行走偏差在2 m以内。通过对导航误差进行分析,提出了进一步改进的方法。该研究为“精细农业”作业平台研究进行了有益的尝试。     

农用柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略及试验

针对农用柔性底盘前轮转向时两偏置轴转向机构难以保持联动关系而影响顺利转弯的问题,基于阿克曼转向几何与交叉耦合控制原理,设计了偏置轴转向机构联动耦合控制策略,采用模糊PID控制算法对两转向轮转角联动轮廓误差进行补偿,并依据方向盘信号大小和变化率对电磁摩擦锁PWM控制信号占空比进行调节,以匹配偏置电动轮转向的角速度,使两转向机构形成耦合而保持期望联动关系;基于MATLAB/Simulink对控制策略进行了仿真,且在硬化路面上实施了阶跃转向、蛇行转向及随机转向3种运动方式的试验验证,并对比分析了转角分配控制下的前轮转向效果。试验结果表明:耦合控制方法下柔性底盘前轮阶跃转向响应均在0.8 s内,左、右侧转角最大超调为1.3°;电磁摩擦锁的开闭可较好匹配电动轮的转向;左、右前轮对于各自目标角具有良好的跟踪性能;3种转向方式下最大与平均跟随误差值均小于分配控制方法;两轮联动的最大与平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;耦合控制下仿真与试验转角的轮廓误差变化趋势一致,最大误差为2.2°,证明仿真模型合理有效。耦合控制下偏置轴转向机构联动控制效果优于转角分配控制,转向效果良好,该文提出的柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略有效且可行。     

基于GNSS姿态与电机编码器的农机转向角度测量系统研制

典型的农业机械自动驾驶系统需要在车辆转向轮上安装角度传感器测量转向角度,存在安装不便与可靠性差问题.该研究提出一种基于GNSS模块和电机编码器组合的转向轮转向角度测量系统.该系统通过组合利用GNSS姿态测量值与运动模型得到转向轮期望角度,利用电机转向速度和全液压转向阀的传递模型推算转向角度变化值,经卡尔曼滤波融合解算得...     

基于ARM的农业装备共性参数测控系统

为满足多种信号实时采集与控制,分析了农业装备性能参数的特性,基于ARM嵌入式技术研制了具有共性参数检测能力、可满足农业装备综合性能参数检测需要的数据采集与控制系统。在S3C2410A和外围硬件电路构成的硬件平台上,利用多线程技术,开发了具有友好人机交互界面的应用软件。系统最多可提供34个测控通道,经计量和田间试验验证,模拟通道线性误差为0.38%、计数和计频通道误差为1Hz,其测试精度和可靠性满足农业装备的性能参数测量需要。该系统的研制有效提升了农业装备的性能检测手段,具有较高的实用性。     

农业废弃物资源化利用技术综合评价指标体系与方法

农业废弃物资源化利用技术综合评价是现代农业产地环境保护技术优选和集成的重要内容。为了构建中国农业废弃物资源化利用技术综合评价的指标体系和方法,该文采用文献分析的研究方法,基于自然—经济—社会复合生态系统理论,提出了农业废弃物资源化利用技术综合评价指标体系的构建思路,并建立了一套包括4级37个指标的综合评价指标体系。在论述农业废弃物资源化利用综合评价的实施过程基础上,提出了4层次的农业废弃物资源化利用技术的评价模式,该模式具有全面性、定量与定性相结合的特点。研究结果为评价、筛选、集成和推广农业废弃物资源化利用技术提供方法学依据。     

气动振动式精密排种器工作参数的分析与仿真

在试验研究基础上,对气动振动式精密排种器振盘及种子的运动理论进行分析,证实了排种器处于稳定工作状态下工作参数的正确性,提出了采用仿真分析方法,将气动振盘系统简化成单自由度有阻尼强迫振动,利用试验数据进行振动仿真。仿真结果表明,得到的系统振动刚度及阻尼等参数可基本反应振动系统的正常工作状态,为气动振动式精密排种器设计提供了相应的工作参数和参考。     

旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化

以普通C型旋耕弯刀为研究对象,分析了影响刀具三向工作阻力的作业因素,确定了刀具弯折角A、刀具幅宽B、耕深C、相位角D、前进速度E等主要试验因素,以单位幅宽工作阻力为试验指标.在试验土槽模拟南方红壤黏土环境,进行L18(37)正交试验,对试验结果进行极差分析、显著性检验、k值分析及线性回归建模.结果表明试验因素对单位幅宽前进阻力影响主次顺序为C、B、D、A、E,其中B和C影响等级相当,A和D影响等级相当,B、C影响具有显著性(P<0.05);对单位幅宽垂直阻力影响主次顺序为A、C、D、B、E,其中A、B、C、D影响等级相当,具有显著性(P<0.05);对单位幅宽侧向阻力影响主次顺序为D、C、A、B、E,其中C、D、A影响等级相当,但不具显著性;综合分析得最优工作组合模型为弯折角120°,刀具幅宽80 mm,耕深80 mm,前进速度0.5 m/s.田间旋耕对比试验表明:采用优化组合模型时,手扶式旋耕机的刀轴转矩、振幅分别降低了12%和21%,整刀磨损量增加,但单位幅宽磨损量却降低了16%,碎土率和耕深稳定系数均有所提高.该研究为降低旋耕机作业能耗、减少刀具磨损及提高机具稳定性提供参考.     

基于弹齿轨迹的滚筒式牧草捡拾器遗漏率及工作参数优化

该文基于弹齿的运动轨迹,建立了遗漏率理论模型并进行了仿真,利用MATLAB编程实现捡拾器凸轮机构的参数化设计。对凸轮轨道为正弦加速度规律运动的捡拾器进行遗漏率理论分析,并利用高速摄像系统进行试验,理论与试验的漏捡区高度线性拟合调整R~2为0.998 8,漏捡区面积线性拟合调整R~2为0.960 4。在捡拾器机器前进速度4~6 km/h,滚筒转速40~90 r/min时,应用遗漏率理论模型进行中心组合响应曲面法分析和目标优化,得到的理论工作参数最佳组合为前进速度4.0 km/h,滚筒转速54.299 r/min,此时,漏捡区高度0.796 cm,漏捡区面积6.369 cm~2。在前进速度4 km/h和滚筒转速55 r/min的条件下进行不同含水率牧草的捡拾试验,遗漏率均低于国家标准要求的25%。该研究为捡拾器设计提供了理论基础,且能更好地指导实际生产。