基于自抗扰-动态矩阵的油葵联合收获机脱粒滚筒转速控制

针对油葵联合收获机的脱粒滚筒控制方法的实时性、准确性和适应性问题,该文以油葵联合收获机行走速度为控制量,滚筒转速为目标建立油葵联合收获机脱粒滚筒速度动力学模型,并将模型变换为适于自抗扰控制的仿射系统,设计了基于自抗扰和动态矩阵模型的控制系统,并对联合收获机的时变干扰进行在线估计,对脱粒滚筒的控制延迟进行基于动态矩阵模型预测控制,实现对其控制延迟的抵消和滚筒转速的实时控制。对所设计的脱粒滚筒控制器进行了仿真、台架试验和田间试验。结果表明,在自抗扰-动态矩阵控制器作用下,当喂入量较小时,随着收获机行走速度慢慢增加滚筒转速稳定在最优转速430 r/min;当喂入量加大时,滚筒转速降低;当喂入量有小幅度随机干扰时,滚筒实时控制转速与最优转速430 r/min的静态误差保持在5%之内,自抗扰-动态矩阵控制器能够使脱粒滚筒获得平稳的速度控制效果。研究结果可为油葵作物联合收获机控制提供参考。     

联合收获机脱粒系统动力学模型及调速控制仿真与试验

针对目前联合收获机脱粒调速控制系统仿真设计中所采用的功耗模型的建立仅考虑了单个滚筒的运动状态,并没有考虑到其他工作部件运动对脱粒滚筒转速变化的影响,以及脱出物中杂余含量的影响,因此有必要对联合收获机脱粒系统动力学模型做进一步的研究。该文以XG610型联合收获机为例,在对运动机构进行较为全面的动力学分析和脱粒分离试验数据的基础上,建立了脱粒系统动力学模型,并与模糊逻辑控制器相结合构建了调速控制系统仿真模型。计算机仿真结果显示,当作物密度由0.95增加到1.09 kg/m2,喂入量增加约15%时,调速系统能够在5 s内做出有效调节,避免滚筒出现过载或堵塞现象。田间试验记录数据也验证了当喂入量增加约15%时,前进速度与滚筒转速在5 s内均能有效调节至稳定状态,总体变化趋势与仿真结果相符,验证了所建立的脱粒系统动力学模型的合理性与可行性。该研究为脱粒调速控制系统的仿真设计及后续控制算法的优化提供了参考。     

水稻鼓形纵轴流脱粒滚筒杆齿优化与试验

与传统杆齿式圆柱形纵轴流脱粒滚筒相比,课题组前期研制的杆齿式鼓形纵轴流脱粒滚筒可有效改善轴向负荷,降低脱粒功耗。为进一步提升该滚筒性能,该研究对杆齿进行优化,设计了圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿3种形状杆齿,建立水稻籽粒与杆齿碰撞冲击力学模型,分析了影响功耗的杆齿结构参数。以黄华占水稻为对象,基于EDEM软件构建水稻植株离散元柔性模型,利用仿真试验建立滚筒轴向负荷监测器,探究圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿在不同杆齿直径和脱粒间隙下对滚筒轴向负荷均匀性的影响,得出最佳杆齿结构参数为杆齿直径10 mm,脱粒间隙25 mm。以喂入量、滚筒转速和杆齿形状为试验因素,以脱粒功耗为指标开展三因素三水平Box-Behnken响应面试验,结果表明,最优结构参数下,圆柱杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量1.1 kg/s,滚筒转速900 r/min,功耗最低为4.61 kW;弯头杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量0.95 kg/s,滚筒转速935 r/min,功耗最低为3.58 kW,确定将鼓形滚筒杆齿优化为弯头杆齿形状。分别开展仿真与台架对比试验,结果表明,优化后的弯头杆齿式鼓形滚筒较圆柱杆齿式鼓形滚筒的轴...     

玉米低损籽粒直收机自动控制系统设计与试验

针对玉米籽粒直收机收获过程中无法自主调整工作参数,导致极端作业条件下收获后籽粒破碎率偏高的问题,该研究以降低籽粒破碎率为目标,设计了一种玉米籽粒直收低损收获自动控制系统。以4LZ-8型玉米籽粒直收机为研究对象,建立了脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度控制模型,并基于收获参数对籽粒破碎率的回归模型,设计了低损收获自动控制策略。此外,针对传统PID控制系统存在的响应时滞、超调量大、精度差的问题,设计了基于改进粒子群算法的自动控制系统,利用非线性惯性权重递减算法融合布谷鸟算法的随机游走策略,不断更新粒子群的速度和位置,并对改进粒子群算法进行了性能测试,结果表明该算法有效改善了标准粒子群算法容易陷入局部最优值的问题。对低损收获自动控制系统进行的仿真对比试验和田间验证试验结果表明,改进粒子群算法对脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度具有较好的控制精度、响应速度和稳定性,超调量和超调时间较小,当脱粒滚筒转速为380 r/min、凹板间隙为42 mm、行车速度为2.5 km/h时,自动控制系统在3 s以内调整籽粒直收机作业参数,将籽粒破碎率最终稳定在3.80%左右,满足标准要求。研究成果可为其他作物生产机...     

切流-横轴流玉米脱粒系统改进设计及台架试验

对玉米脱粒过程的研究,理论分析与数学建模存在着理想假设的局限性,整机田间试验受制于系统结构、环境条件而不能深入测试分析。为便于室内研究玉米脱粒过程,以4YL-4/5型收获机脱粒系统为参照,设计了切流-横轴流脱粒试验系统,结构设计模块化,可根据需要更换脱粒滚筒等关键零部件或调整技术参数,以便兼顾开展多种谷物脱粒试验研究。工作参数标定表明,试验台架可满足最高37 k W的工作负载,满足滚筒线速度为0~29.06 m/s、喂入量为0~8.08kg/s的谷物脱粒试验。在入口脱粒间隙为36 mm,出口间隙为12 mm,喂入量为2.6 kg/s的条件下,切流滚筒采用螺旋柱齿结构、横轴流滚筒采用柱齿-板齿结构形式,以不同的横轴流滚筒线速度为测试速度,对含水率在22%~32%的玉米果穗进行脱粒试验,试验表明:切流滚筒的脱粒物质量占比随着含水率的增加而减弱,当含水率在28%以下,切流滚筒与横轴流滚筒脱粒筛分段的脱粒能力几乎相当,当含水率高于28%,切流滚筒的脱粒物质量占比下降明显。脱粒系统在线速度15.84~18.72 m/s和含水率为22%~26%的条件下,籽粒破碎率指标满足国标规定值≤5%。在滚筒线速度为17.28 m/s、含水率为24%~26%区间内,脱粒系统的籽粒破碎率最低,平均值为1.7%。通过脱粒试验台,将玉米脱粒过程的试验研究与田间测试有效结合,可为玉米籽粒收获机脱粒系统的设计提供科学依据。     

切纵流联合收割机纵轴流滚筒长度设计与优化(英文)

为优化设计切纵流联合收割机纵轴流滚筒的长度,该文通过设计脱粒分离长度可变的纵轴流滚筒并进行喂入量为7 kg/s的水稻脱粒分离性能和籽粒分布试验,分析纵轴流滚筒下脱出混合物的分布规律,建立纵轴流滚筒的籽粒分布方程,计算纵轴流滚筒长度;通过计算纵轴流滚筒顶盖导流板的最佳导角对纵轴流滚筒长度进行优化,确定纵轴流滚筒长度的最佳值并进行水稻脱粒分离性能试验。结果表明,在水稻喂入量为7 kg/s,纵轴流滚筒顶盖导流角为7.64°时,优化后的纵轴流滚筒长度最佳值为3 159.77 mm,经优化后的纵轴流滚筒脱粒分离的籽粒夹带损失率约为0.29%。该研究为纵轴流联合收割机的纵轴流滚筒设计提供了参考。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 kW以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61～905.74 r/min、脱粒间隙为22.18～37.93mm、齿间距为104.96～170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839 r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制（英文）

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 k W以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61~905.74 r/min、脱粒间隙为22.18~37.93mm、齿间距为104.96~170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

切纵流联合收获机小麦脱粒分离性能评价与试验

针对国产切纵流联合收获机在脱粒分离中存在籽粒损失较大和功耗需求较高等问题,将切纵流联合收获机上的切流滚筒、辅助喂入轮和纵轴流滚筒在室内建成切纵流脱粒分离装置试验台,进行喂入量为7.5kg/s的小麦脱粒分离性能试验,获取脱粒分离的籽粒损失和功耗性能指标,借助复数幅值对切纵流脱粒分离装置的脱粒分离性能进行分析,计算出脱粒分离性能指标并进行比较。试验结果表明切纵流联合收获机收获小麦的最佳组合方式为,切流滚筒采用刀形齿、线速度为21.66m/s、入口脱粒间隙为30、出口脱粒间隙为20mm,纵轴流滚筒采用钉齿、线速度为19.63m/s、脱粒间隙为20mm时,所需总功耗为66.64kW,籽粒总损失率为0.56%,最优脱粒分离性能指标为0.8935。     

自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制

为实现补苗装置精准定位控制,解决自动移栽作业过程中因穴盘缺苗和取苗投苗失败而导致的漏栽问题,采用自适应Fuzzy-PID控制算法来实现钵苗输送的步进定位控制。构建了步进电机角速度控制传递函数的数学模型,设计了自适应Fuzzy-PID控制器及其模糊规则,通过MATLAB的Simulink模块建立了基于模糊PID控制器的步进电机系统角速度控制模型,以阶跃信号作为激励信号,自适应模糊PID控制和PID控制的仿真试验表明:PID控制的响应时间为7 s,出现超调量为0.1的振荡,通过调整PID控制器参数增大比例系数,系统响应时间缩短为2.2 s,系统响应速度明显加快,且未出现振荡环节;自适应模糊PID的响应时间为0.12 s,步进电机系统快速到达阶跃响应的稳态值,步进电机角速度控制稳定,角速度响应快,满足钵苗输送的定位要求。自动补苗试验结果表明:在植苗频率为40、50与60株/min时,补苗成功率分别为100%,100%、95.8%,且只要光纤传感器检测到漏苗信号,基于自适应Fuzzy-PID控制的步进电机系统快速响应,补苗控制系统都能准确及时地进行自动补苗。该研究可为解决自动移栽机田间作业的漏栽问题提供参考。     

适应不同成熟度大豆的差速脱粒滚筒性能试验与分析

针对南方地区大豆草谷比和未成熟豆荚占比高，造成收获机脱粒清选分离质量差、功耗大等问题，设计了一种前后两段组合且两段转速差可调的脱粒滚筒，研究了脱粒滚筒参数变化对豆荚和籽粒的能量、等效形变量等的影响。以脱粒齿类型、前段滚筒转速、两段滚筒转速差为影响因素，以破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标，得到了差速与非差速脱粒滚筒的最优参数组合，并通过综合性能试验对比了两种脱粒滚筒的脱粒质量、作业油耗和工作效率。结果表明，差速脱粒滚筒最优参数组合是脱粒齿类型为纹杆齿-杆齿组合式脱粒齿，前段滚筒转速为450 r/min，两段滚筒转速差为150 r/min。此时，相较于传统的杆齿式非差速脱粒滚筒，脱粒质量更高，油耗降低了2.7 L/hm²，最大作业效率增大了10.35%。该研究能够为解决南方地区大豆联合收获机脱粒装置适应性问题提供依据。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的研制与试验

为了分析纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的脱粒分离性能,在自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台上,对钉齿和刀形齿切流脱粒分离装置进行了台架试验,测定了切流脱粒滚筒、强制喂入轮以及纵轴流复脱滚筒的功耗,分析切流脱粒分离装置的结构和运动参数对籽粒脱粒性能的影响。试验结果表明,切流脱粒分离装置的籽粒脱净率范围约为67.19%～82.37%,功耗约占脱粒总功耗的20%,刀形齿式切流脱粒滚筒消耗的功率较少,采用切流与纵轴流组合式脱粒分离装置的小麦脱净率均能达到99.90%以上,夹带损失率小于0.25%,配置刀形齿式切流脱粒滚筒的切流与纵轴流脱粒分离装置的总功耗较少,强制喂入轮和纵轴流复脱滚筒的功耗分别约占脱粒总功耗的14%和66%,研究结果对纵轴流联合收割机的研制具有指导意义。     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机行走及脱粒性能改进

针对自行研制的稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机所存在的行走直线稳定性差、脱粒质量较低等问题。依据横向轴流式滚筒对稻麦秸秆的传递导流作用和二次复脱的原则,通过增设辅助滚筒的方法既改变出草口位置使开沟总成中移,消除整机偏向力,又延长秸秆在滚筒内的作用时间,提高谷物脱粒质量。其中:辅助滚筒总长为855 mm,导流角为18°,滚筒直径为452 mm,转速为1 350 r/min。性能测试表明:改进后自研一体机在0.27、0.58、0.85 m/s 3种不同工况下行走偏移度分别降低了93.9%、94.4%、93.3%,行走直线稳定性显著提高;小麦和水稻总损失率分别降低20.9%和11.8%,含杂率分别降低45.7%和21.4%。尽管水稻破碎率增加了7.4%,但脱粒的综合质量有较大提高。该研究增进了多功能一体机的适用性,为稻麦秸秆机械化集沟还田提供了参考。     

机电式流量阀的模糊控制实现与测试

为在线混药式变量喷雾农药流量检测设计一种机电式流量控制阀和流量控制系统。采用模糊控制算法,依托STC12C5410AD单片机实现对农药流量的模糊控制。对所设计的系统进行静态跟踪测试和动态响应测试,静态跟踪误差为±3.0%;初始流量为1.5 mL/s,目标流量为3.1 mL/s,阶跃响应曲线上升时间为0.35 s,绝对稳态误差为 ±0.1 mL/s,相对稳态误差在±3.2%以内。测试结果表明该流量阀采用模糊控制,其控制性能,超调量、响应时间和稳态误差能达到变量喷雾的要求。