激光平地机的分析与设计

激光平地技术可合理有效对土地进行平整作业,在节水、增加地块面积等方面效果显著。通过对激光平地机工作原理进行分析,对液压系统、主要机械部件、激光平地装置各部分关键问题进行解析,计算主要参数,确保工作的可靠性。试验表明平地高度误差在15mm,具有较好的经济效益和推广价值。     

1PJ-4.0型水田激光平地机设计与试验

设计了三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机。水田激光平地机液压系统,包括高程液压油路、水平液压油路和折叠液压油路,平地铲高程运动采用平行四连杆结构。对水田激光平地机的高程运动和水平运动性能进行了测试试验,分析结果表明:平地铲上升过程响应时间为下降过程响应时间的2倍,全程400 mm上升所需时间为3.31~4.23 s,下降所需时间稳定在1.7 s左右;上升速度随油门开度增大而加快,平地铲下降速度较稳定。平地铲水平调节时,顺时针转动全程20°所需时间与逆时针转动所需时间一致。田间平整作业试验表明,与拖拉机配套的三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机可以稳定工作,能显著改善田面平整情况,田面最大高程差从平地前的32 cm降低到4.9 cm,相对高度的标准偏差值从平地前的12.28 cm下降到平地后的2.64 cm,平地后绝对差值小于等于3 cm采样测量点累计百分数达69.4%。     

水田激光平地机工作原理的研究与应用

水田田面平整是保证水稻高产、稳产的重要措施,研制水田激光平地机有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要分析了水田激光平地机的工作原理,研究了水田激光平地机系统要求,建立了平地铲作业动力学方程,以用于计算平地铲工作能耗,并提出了平地作业效果综合指标,以更加合理地评价水田激光平地机平地作业效果;在此基础上研制了几款适用于水田带水平整作业的水田激光平地机。本文为水田激光平地机的设计和改进提供了一定的参考依据。     

悬挂式茶树修剪装备的设计与试验

【目的】解决丘陵山地茶园机械化水平低、茶树修剪装置效率不高等问题,满足茶园生产全程机械化的迫切需求。【方法】课题组基于茶树种植模式和农艺要求,设计了一种适应我国广西地区丘陵山地茶园作业的悬挂式茶树修剪装备,阐述了该修剪装备的总体结构和工作原理,对悬挂式茶树修剪装备的相关参数和关键结构进行了研究,并开展田间试验验证了该装备的作业效果。【结果】悬挂式茶树修剪装备修剪时间仅为2.13 min,修剪效率达到1 690.14 m²/h,漏剪率为0.85%、撕裂率为1.27%,其漏剪率、撕裂率均在标准范围内,完全符合设计要求。【结论】采用水平修剪刀组和竖直修剪刀组进行茶树顶端、侧边修剪时的修剪效果更好;采用机械传动与液压传动的组合式传动,能够提高装备的稳定性和安全性。该修剪装备整体结构紧凑,作业效率高,操控灵活,可以满足广西地区丘陵山地茶园茶树的修剪工作需求。     

悬挂式青贮机调质装置的设计及试验研究

青贮饲料经过调质后,能够使物料与发酵催化物接触更充分,从而大幅提高青贮饲料质量和饲料利用率。为此,建立了青贮物料在揉搓叶片上进入揉搓前的运动微分方程,结合青贮玉米秸秆物料物理特性的理论研究,以4QG-2型悬挂式青贮机为模型,设计了一套悬挂式青贮机调质装置。对装置进行了正交试验,结果表明:揉搓叶片6片、揉搓板2块时,揉搓装置的揉搓破碎率最高;随着揉搓叶片和揉搓板数量减少,揉搓破碎率呈下降趋势;物料切段长度对于揉搓破碎率影响较小,可以认为揉搓装置对于各种切段长度的物料具有良好的适应性。     

悬挂式山药收获机振动挖掘碎土装置设计与试验

针对山药机械化收获整体占比低、作业效率低、收获损伤率高以及人工辅助作业劳动强度大等问题,基于经验设计方法,设计了全液压悬挂式单行山药收获机。研究了山药挖掘收获中关键部件——格栅式振动挖掘铲的结构,综合运用Solid Works的Motion与Simulation插件,对振动碎土装置进行了动力学仿真分析与计算,对该部件的静力学和动力学特征进行了分析。结合山药收获的农艺要求,研究了振动挖掘部分的频率、往复摆动振幅及其相关机械结构参数,确定了最优结构参数,并对其进行了强度分析、计算和校核,最后进行了田间收获试验。试验结果表明,振动挖掘碎土装置的作业效率较高,可实现土壤与山药黏连部分的快速、高效分离,机械收获完好率达到89. 2%,基本满足农户高效收获与低损率的要求。     

基于三点悬挂的驱动式马铃薯中耕机设计与试验

传统马铃薯耕地设备存在除草率低、碎土能力差等情况,且整体的培土效果也不符合设计的标准。为此,针对马铃薯中耕机的侧身施肥、除杂草及培土等功能进行了深入的研究,对重要的部件进行了设计和分析,确定了主要工作参数,并进行了田间试验。试验结果表明:马铃薯中耕机碎土率为96%,除草率达到了97%,土壤的蓬松程度为25%,且油量消耗与多方面的功能都符合设计标准。通过与传统马铃薯耕地设备相比得出:马铃薯中耕机在驱动方面比传统马铃薯耕地设备提升了3.3%,除草率比传统马铃薯耕地设备提升了4%,降低了1.6%的伤苗率。     

超低重载主动悬挂设计与建模分析

【目的】提高重型装备及大型构件在装卸和运输过程中的安全稳定性,解决实际工程中遇到的装卸工作面存在高度差、运输中受路面不平影响导致稳定性差等问题。【方法】依据保障预期功能、满足强度要求、满足结构刚度等设计准则,课题组设计了一种超低重载主动悬挂结构,以平地的相对不平路面作为平地工况进行研究,通过滤波白噪声法来模拟平地工况下超低重载主动悬挂受到的路面激励,对主动悬挂进行运动学建模和动力学建模,并运用拉普拉斯变换求解出平地工况下超低重载主动悬挂升降位移量在理想不平路面状态下的频域模型,最后通过在Simulink上搭建其升降频域模型来仿真求解出主动悬挂在理想不平路面的升降位移变化。【结果】课题组设计的悬挂结构包括车轴铰接组件、编码器、车轮驱动单元、升降驱动单元和回转支承。平地工况下,悬挂在理想不平路面的升降位移有较大的波动,变化范围为-20 mm～40 mm。【结论】将该位移变化作为悬挂升降控制在理想不平路面下的位移输入,可以为后续研究主动悬挂在平地工况下的路面跟踪位移控制提供理论支持。     

悬挂式三年生三七挖掘收获机的研制及试验

为了提高三七根挖掘收获机械化作业水平,结合云南省内三七种植模式和农艺要求,设计了悬挂式3年生三七挖掘收获机,可同时完成一畦三七的挖掘、输送、去土和条铺等任务。挖掘收获机由四轮拖拉机牵引,主要由机架、悬挂部件、挖掘部件、升运抖土装置、条铺部件及动力系统等工作部件组成。挖掘铲设计成锐角式开沟器状,入土能力强、结构简单、工作阻力小;收获机后部设有收集挡板,保证去土后的三七在地上成条铺状。田间样机收获试验表明:机器收净率达到了98.1%,损伤率为1.9%,生产率达到了0.12hm2/h。该样机为云南省首台专门针对三七根的收获机械,为三七根收获机械的深入研究和发展提供了参考。     

JPD-360型旱地激光平地机的研究设计

针对我国土地集约化农业耕作现状,设计了具有农田耕作标准化、精细化平整特点的JPD-360型旱地激光平地机。通过性能测试和生产试验,该设计样机技术参数和作业指标符合要求,具有激光控制限深装置,自动完成高处刮土、拖土、集土和低洼处卸土等技术创新。试验数据和结果分析证明:该平地机在功能上有技术创新、性能稳定可靠、生产效率高,解决了适应性差和作业抖动造成信号中断失准等问题,具有较好的经济效益和推广价值。     

激光控制平地系统研究与设计

激光控制平地技术是世界上最先进的土地精平技术。该系统以激光平面代替人工视觉,作为平地作业的参考基准面,以自动反馈控制技术代替人工操作,控制平地铲的升降,能够实现更高的平地精度。为此,介绍了激光平地系统的基本原理,开发了用于激光控制平地系统的激光发射器、激光接收器和激光控制器。     

土地平整度传感测定评价系统的设计与实现

为了提高土地整理工作中三维地形信息测量的精度与效率,实现全程自动化采集数据,设计了一套土地平整度传感测定评价系统。该系统主要由单片机、步进电机、激光测距仪和二维机械平台组成。利用单片机控制步进电机,驱动滑块沿二维机械平台运动,获得测量点平面位置信息;利用激光测距仪获取测量点的高程信息,进而得到测量点的三维地形信息。用田块内所有测点相对高程的标准偏差值和田块内所有测点的相对高程与期望高程的绝对差值来评价土地的平整状况。在田间试验条件下,对该系统与定点人工测量方法获取的数据进行了比较,结果表明,系统工作稳定,其测量误差不大于5mm,可准确快捷地对农田平整度进行量化评价。     

适用于水田的激光平地机具液压系统设计

设计了一种水田激光平地机具液压系统.该液压系统主要由液压油泵、电磁换向阀、液压缸、蓄压器和散热器等元件组成.液压泵由拖拉机的动力输出轴驱动;电磁换向阀采用拖拉机电源直流12V供电,可实现平地机具两端分别独立升降;蓄压器起到缓冲作用可改善系统油压的稳定性;散热器可保证液压油温不超过70℃;背压阀用来调节平地机具的下降速度.实际应用表明,水田激光平地机构液压系统能与控制系统相匹配,工作正常.     

激光测控自动农田清平机的研制

针对现时期科研单位或大学所研究设计的平地机绝大多数以铲刮方式进行工作,存在铲土堆积和耗功大等问题。为此,介绍了激光测控自动农田清平机,结合激光测控技术、旋切技术、自动控制技术和光电信号处理技术等,完成对土壤的切削和收集,并实现对土地进行清理和平整作业,为农业耕作提供快速、准确和高效的作业系统。     

JGP-2500型激光平地机工作机理研究

在详细分析JGP-2500型激光平地机平地原理及其平地机组自动控制原理的基础上,以常规平地方法为对照,测试验证其平地效果。测试结果表明,该机的土地平整精度高,能显著改善耕地的平整状况。     

旋耕机自动调平系统设计与试验

由于农田田面坑洼不平,拖拉机在田间工作过程中左右轮不在同一水平面上行走,导致通过拖拉机三点悬挂机构挂接的旋耕机随着拖拉机的倾斜而倾斜。旋耕机倾斜作业不仅破坏农田硬底层,还影响旋耕机的耕后平整度和耕深等旋耕性能指标,导致旋耕作业效果差、作业效率低。设计了一种旋耕机自动调平系统,由旋耕机构、调平支撑架、液压系统和自动调平控制系统组成。调平支撑架前端与拖拉机三点悬挂机构连接;旋耕机构通过销轴悬挂于调平支撑架后下方;调平油缸一端与调平支撑架侧边铰接,另一端与旋耕机构铰接,通过调平油缸的伸缩实现旋耕机构相对于调平支撑架的左右上下摆动。自动调平控制系统根据拖拉机横滚角度控制电磁换向阀驱动调平油缸伸缩调节旋耕与调平支撑架的相对角度,即旋耕机构与拖拉机的相对角度,通过直线位移传感器测量调平油缸的伸长量,利用旋耕机与调平支撑架的几何关系实现旋耕机构的自动调平闭环控制,使旋耕机始终保持期望的角度进行旋耕作业。对自动调平旋耕机和无调平功能旋耕机在有垄菜田进行了试验,利用水准仪采集试验前后田块地表平整度数据,2台姿态传感器分别采集拖拉机倾角和旋耕机倾角信息,分析了2种旋耕机作业后的平整度和耕深两旋耕性能指标,以及旋耕机自动调平控制系统的性能,结果表明：自动调平旋耕机相对于无调平功能旋耕机耕后地表横向平整度显著提高,前者耕后垄面横向最大高差为1.9cm,后者达9.8cm;自动调平旋耕机横向耕深稳定,耕深横向最大高差为1.8cm,而无调平功能旋耕机耕深横向最大高差达9.7cm。     

悬挂式割草机折叠机构优化与液压仿形系统研究

为了增强割草机在复杂地形条件下的作业能力,开展了割草机折叠机构优化与液压仿形系统研究,使折叠机构具备±30°的摆动范围,液压仿形系统可顺利通过250mm的凸起路面。通过对折叠机构不同工况的姿态分析以及运动学、有限元分析,试制出适用于幅宽3.2m割草机的折叠机构,通过野外试验验证了折叠机构具备±30°的摆动范围。研制液压仿形系统,解决折叠机构刚性连接的问题,通过ADAMS-AMESim联合仿真技术验证液压仿形方案的可行性,结果表明液压仿形系统通过250mm波形路面过程中,蓄能器气囊体积变化范围为0.4～0.7L,切割器接地压力变化范围为1700～2500N。将试制的仿形系统搭载在折叠机构上,在安徽省芜湖市三山区进行田间试验,结果表明：样机能顺利完成割草机折叠动作,满足各种工况下的力学和强度要求;切割器具备了±30°以内的摆动范围;搭载仿形系统的试验样机可以顺利通过250mm高度的波形凸起路面,提高了割草机在丘陵山区作业的地形适应能力,可为悬挂式割草机折叠机构的设计、割草机接地仿形技术提供参考。     

激光精细平地对畦田灌水质量的影响及节水效果分析

在田间试验基础上,利用WinSRFR3.1模型模拟方法,开展了激光精细平地技术对内蒙古河套灌区畦田秋浇灌水质量影响和节水效果研究。结果表明,实施激光精细平地后,土地平整度达1.85cm,绝对改善程度为2.28cm,相对改善程度为55.2%,土地平整状况可得到大幅度改善。激光精细平地技术可使河套灌区秋浇灌水效率提高9.4%,灌水均匀度提高8.1%,深层渗漏减少17mm,节约水量9.7%,灌水质量提高明显,节水效果显著。     

1PJ-2500型激光精平机作业精度评价试验研究

基于田间试验数据,从高程标准差、测点高差分布和农田表面三维地形图等3个角度对1PJ-2500型激光精平机的平地作业精度进行分析评价。研究结果表明:在土地平整中,使用1PJ-2500型激光精平机可以获得高精度的土地平整效果,精平之后的平均田块高程标准差降低到1.54cm,田块表面96.77%的测点主要分布在ED<3 cm的区间内,农田表面平整度和测点高程分布均有大幅改善。     

激光平地机液压控制装置的设计与试验

在对目前国内外常用平地机液压控制系统工作特性进行分析的基础上,根据我国常用中等功率拖拉机液压系统的类型、特性及性能参数,设计了结构简单、新颖,安装简捷方便的激光平地机液压控制阀及控制装置。试验结果表明,该液压控制装置具有良好的静、动态特性,且传动效率高、能量损耗低、工作平稳、无静沉降。