喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验

为提高喷雾均匀性和农药的有效利用率,针对大田作物施药的农艺要求,设计了一种安装于大田常用喷杆喷雾机的喷雾机智能控制系统,并介绍总体方案和工作原理。该系统主要包括变量施药、喷杆高度自动调节等功能,变量施药系统通过变量调节阀调节喷雾流量,通过喷雾量与作业速度自适应控制模型,实现作业过程中药液均匀喷施;喷杆高度调节系统采用超声波传感器检测喷头与作物顶端的距离,根据设定的目标高度,控制电动缸动作,调节喷杆高度。试验表明:变量喷雾控制系统能够根据设定喷量和作业速度的变化准确发出调控指令,控制流量调节阀动作进行流量调节,提高了喷雾作业的均匀性,喷雾精度误差最小为2.24%,能够有效提高喷药作业质量;喷杆高度调节最大误差为5.40%,提高了喷杆与作物顶端距离调整的准确度。     

喷杆式喷药机喷杆高度调控系统设计与试验

为提高大田喷雾药液利用率,喷杆式喷药机作业过程中喷杆需要与作物冠层顶端保持某一设定距离并保持近似平行。为此,针对大田喷药喷杆仿形控制应用需求,设计了一种喷杆高度调节闭环控制系统。系统由喷杆机械机构、喷杆高度探测模块、液压调控系统、控制电路和控制软件组成,使用超声波传感器实时探测喷头与作物冠层之间的距离,与用户设定目标距离进行比较后控制液压阀动作,以实时调节喷杆高度。对喷杆高度调控系统调节性能进行了试验,结果表明:调节高度为20～60cm时,系统调节过程无超调,最大调节时间为10.1s,最大稳态误差为3.1%。系统调节精度高,运行稳定,可有效实时调节喷杆高度,为喷杆喷雾机仿形喷雾控制提供了算法支持。     

连栋温室分段变距喷雾机器人设计与试验

针对国内连栋温室缺乏植保喷雾机、机械走直定位与换轨转向精度低等问题,设计了一种连栋温室分段变距喷雾机器人,在实现无人化喷药的同时提高作业精度。为满足连栋温室机械作业路轨结合、精准切换的要求,提出一种通用型移动底盘,并确定其关键设计参数;为减少底盘上下轨时的偏移量,设计轨上矫正装置,通过分析计算及试验验证,确定其安装余量为4 mm;针对底盘对轨误差大的问题,提出一种二维码融合陀螺仪及光电传感器双向垂直寻迹的路面关键点定位与转向控制方法。设计分段变距喷雾装置,提出一种丝杆滑台驱动的喷杆变距方案,分析校验其驱动参数以满足工作要求;基于滚针轴承设计喷杆辅助防抖装置,减小因喷杆剧烈抖动带来的滑台与喷杆损伤。开发底盘运动及分段变距喷雾控制系统,实现喷雾机器人在连栋温室内的全程自动化作业。最后,对样机进行底盘性能与喷雾效果试验。底盘作业时直线行走与对轨误差平均值分别为4.8、5.8 mm,满足控制精度要求;避障距离为34 cm,满足安全性要求;防抖装置的安装使喷杆行进方向的抖动量从-1°～1.3°降低到±0.4°内,喷头方向的抖动量从±0.5°降低到±0.3°内,防抖效果显著;分段变距喷雾作业后,盛...     

喷杆高度在线调控设计与试验研究

随着化学农药成本的上涨及对环境问题的日益关注,要求生产出更加先进的喷雾设备以提高喷雾均匀性。喷杆式喷雾机在田间作业时,为保证施药效果,喷杆与作物冠层之间始终保持近似平行保持距适当距离,以避免喷杆倾斜刮伤作物,因而设计了一套喷杆式喷雾机喷杆高度在线调控系统。该系统采用超声波测距传感器和角度传感器相结合的方法,利用超声波测距传感器实时检测喷杆两端与植株冠层的距离并与系统设定的高度值进行比对来控制油缸的伸缩,角度传感器控制喷杆与水平面的倾斜角。本文给出了喷杆式喷雾机样机的总体结构,介绍了喷杆高度液压调节系统的组成和工作原理,并对喷杆高度在线调控系统的调节性能进行了场地和田间试验。     

电动履带式立式喷杆喷雾机设计与试验

针对我国设施作物生长中后期的植保机械化难题,采用远程遥控技术与液力雾化技术设计一款适用于设施温室大棚行间行走并进行施药作业的电动履带式立式喷杆喷雾机。该机具主要由底盘、行走系统、喷杆高度调节系统、喷杆平衡系统、喷杆安装座、喷雾系统、电动控制系统和遥控系统等组成,其中控制系统可通过遥控手柄对机具前进方向、喷雾系统调整与作业进行遥控控制。开展实验室与田间喷雾试验,对样机进行性能测试。试验结果表明:喷雾机各喷头流量误差率低于10%、不同喷雾高度之间雾滴粒径变异系数低于15%,喷雾性能良好;雾滴粒径符合最佳生物粒径理论对雾滴粒径的要求。同时由田间试验结果可知,不同冠层沉积量分布与雾滴密度分布较好,沉积量均大于0.3μg/cm~2,雾滴密度均大于25个/cm~2,作物叶片正面的沉积分布与雾滴密度分布均匀性优于叶片背面。电动履带式立式喷杆喷雾机性能良好,可满足设施温室吊蔓甜瓜的行间施药作业,达到农机与农艺结合的目标。     

大豆玉米带状复合种植喷杆设计与试验

在大豆玉米带状复合种植模式下,大豆和玉米生长过程中植株高度差异大,每段喷杆的高度需要独立调节,以保证喷头与作物距离一致。为此采用机电液一体化控制方法,设计用于高地隙喷杆施药机的每段高度可调的分段式喷杆高度调节机构和控制系统。所设计的四杆升降机构,通过电磁换向阀控制液压油缸伸缩,带动平行四杆机构来实现升降,使喷杆支架能够带动各分段式高度调节机构整体升降。所设计的分段式高度调节机构,通过控制电动推杆伸缩带动剪叉臂绕着各铰接点转动,带动喷杆上下调节,实现每段喷杆独立调节高度。以3WP-1000GS高地隙施药机为试验平台,对喷杆高度调节范围、高度调节一致性等进行对比分析。试验结果表明：平行四杆机构的调节范围为120 cm,最高离地高度可以达到162 cm,最低离地高度为42 cm,符合设计要求,能够满足玉米和大豆田间喷药的要求。分段式高度调节机构的高度调节范围为68 cm,五组分段式高度调节机构的高度调节范围绝对偏差最大值为-0.73 cm,相对偏差最大值为-1.08%。各分段式高度调节机构可调节高度范围大,具有良好的一致性,高度调节过程流畅无卡滞,能够满足大豆玉米带状复合种植模式下田间喷雾喷头与作物距离一致的需求。     

喷杆喷雾机精确对靶施药系统设计与试验

为减少大田施药时农药浪费,有效控制农药残留污染,针对植株行距、株距较大的作物对行施药的农艺要求,设计了喷杆喷雾精确对靶施药系统并进行试验。该系统以大田常用喷杆喷雾机为载体,沿喷杆方向按一定间距布置对应行和垄沟的超声测距传感器,实时采集喷杆到植株冠层以及喷杆到垄沟底部的距离信号;通过信号调幅消除由垄沟凹凸不平以及喷杆自身振动所产生的噪声影响。将调幅后的冠层高度信息依据植株株高、冠层胸径和冠层株高标准差等特征进行模式分析,从而识别靶标位置实现精准对靶。以大田团棵期烟草植株为对象,在烟草植株的株高达到30 cm左右,展开叶达15片左右时开展田间试验。结果表明:设计的精确对靶施药系统在植株平均胸径31 cm,株距比例39.2%的大田里,节省药液30%左右;在植株平均胸径35 cm,株距比例31.6%的大田里,节省药液20%左右。因此,此系统对大田植株间距在15 cm以上的对靶施药作业中具有较好的实用性。     

喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统

为保证喷杆式喷雾机工作过程中,喷杆与冠层之间始终保持近似平行并相距适当距离,以保证施药效果,并避免喷杆倾斜刮伤作物,设计了一套喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统。该系统采用超声波测距传感器实时检测喷杆两端的实际对地距离,并根据其与喷杆设定作业高度的差别,控制油缸动作,对喷杆高度及喷杆平衡进行实时调整。给出了喷杆式喷雾机样机的总体结构,介绍了喷杆高度液压调节系统的组成和工作原理,详细阐述了喷杆高度及平衡在线调控系统的软、硬件设计方法,设计了一种对地距离检测信号枝叶遮挡干扰的滤波算法,并对喷杆高度及平衡在线调控系统的调节性能进行了场地和田间试验。场地试验表明,该调控系统可以有效改善阶跃激励路面引起的喷杆高度变化,并可以将喷杆高度变化值控制在±3 cm范围内。田间试验表明,喷杆高度信号滤波程序可以有效滤除分行器下方偶有棉花枝叶的干扰,实现喷杆高度及平衡的在线调控。     

水田风送低量喷杆喷雾机

采用气流辅助低量喷雾技术,提高了农药在作物上的分布均匀性和农药利用率;与水田四轮驱动通用底盘配套,在我国首次实现水田喷杆喷雾施药的机械化作业方式;在水田施药作业中,实现了喷杆折叠和     

喷杆喷雾机精量喷雾测试实验台研制

精量喷施技术是大田植保作业的智慧化解决方案,而精量喷雾执行机构及其控制系统田间调试费时费力、可重复性差,且诸多参数无法调整,数据获取困难。针对这一问题,根据大田植保技术要求和喷杆喷雾机性能参数,通过对药液循环系统和喷雾测试系统等进行设计和计算,搭建了精量喷雾测试实验台。实验台主要包括喷雾测试系统、药液循环系统和速度模拟装置,可完成药液流量、压力实时感知和控制,喷杆区段独立控制、作业速度与药液流量的在线模拟与匹配。进行不同压力下实验台喷杆各段控制的喷量一致性及不同施药量、不同模拟速度下实验台的控制精度测试试验,结果表明:精量喷雾试验台动力发生装置可提供的最大压力和流量分别为1.5MPa、65L/min,模拟速度调节范围为0～20km/h,精量喷雾最大误差为1.34%,变异系数最大为0.05,能够满足精量喷雾系统调试和测试的基本要求。研究可为喷杆喷雾机智能变量作业的研究及其精量喷雾系统的设计和优化提供理论依据与技术支持。     

基于平行轨迹导航的采棉机自动对行控制方法

为解决传统人工操作采棉机长距离对行作业时存在劳动强度大、作业速度受限和效率较低的问题,利用棉花采用卫星导航平行精准播种的特性,提出了一种基于平行轨迹导航的采棉机自动对行控制方法。首先,人工驾驶采棉机完成首行对行作业,记录RTK定位轨迹数据,并进行线性拟合,得到参考导航线斜率;然后,对后续各行收获时,在任意起点对齐待收获的棉花行,由起点坐标和参考斜率计算得到平行导航基准线;最后,采用速度自适应纯追踪算法,实现采棉机自动对行。田间试验表明,该方法能够从任意行起始位置开始自动对行,不同速度下,平均绝对横向偏差为2.91cm,最大绝对横向偏差为9.22cm,平均标准差为1.80cm,控制性能均优于手动对行,满足采棉机对行精度要求。相对机械触碰式自动对行方法,该方法不受缺株歪株影响,并且在较高速7km/h行驶时仍能保持良好的对行精度。     

基于特征工程的大田作物行中心线识别方法

针对大田作物行特征复杂多样,传统作物行识别方法鲁棒性不足、参数调节困难等问题,该研究提出一种基于特征工程的大田作物行识别方法。以苗期棉花作物行冠层为识别对象,分析作物行冠层特点,以RGB图像和深度图像为数据来源,建立作物行冠层特征表达模型。运用特征降维方法提取作物行冠层的关键特征参数,降低运算量。基于支持向量机技术建立作物行冠层特征分割模型,提取作物行特征点。结合随机抽样一致算法和主成分分析技术建立作物行中心线检测方法。以包含不同光照、杂草、相机位姿的棉花作物行图像为测试数据,运用线性核、径向基核和多项式核的支持向量机分类器开展作物行冠层分割试验;对比分析典型Hough变换、最小二乘法和所建作物行中心线检测方法的性能。结果表明,径向基核分类器的分割精度和鲁棒性最优;所建作物行中心线检测方法的精度和速度最优,航向角偏差平均值为0.80°、标准差为0.73°;横向位置偏差平均值为0.90像素,标准差为0.76像素;中心线拟合时间平均值为55.74ms/f,标准差为4.31ms/f。研究成果可提高作物行识别模型的适应性,减少参数调节工作量,为导航系统提供准确的导航参数。     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

小麦对行免耕播种机试验研究

为解决一年可熟区小麦免耕播种作业的技术难题，提出了小麦对行免耕播种的思想；设计了2BMD-12型小麦对行免耕播种机．在玉米行何播种小麦．避开玉米秸秆和根茬。采用了新型高效的带状粉碎防堵机构，防堵性能优良。田问性能试验表明：2BMD-12型小麦对行免耕播种机在玉米直立秸秆和大量秸秆覆盖下。如能实现对行，可以顺利进行播种作业，满足作业质量和作物高产对施肥量的要求．适合我国中小地块、中小功率的特点。     

喷杆式喷雾机水平折叠喷杆设计与试验

针对喷杆式喷雾机在农作物生长中后期进行施药作业时需加装吊喷杆、分禾器等施药辅助装置,而加装后立式折叠喷杆易产生干涉,甚至无法折叠等问题,设计一种基于3WF-1000型喷杆式喷雾机的宽幅水平折叠喷杆.采用解析法与遗传算法对喷杆水平展开机构及喷杆展开角速度进行优化设计,实现喷杆水平展开与折叠动作的流畅、平稳;提出一种喷杆偏...     

喷杆式喷雾机关键部件设计与研究

随着保护性耕作技术的推广,大型喷杆式喷雾机的需求逐渐增加,为克服目前国内普遍使用的喷杆式喷雾机喷幅小、喷杆架升降连续性差、喷杆平衡机构复杂等突出问题,对3WF-1000型喷杆式喷雾机的关键部件进行了设计,通过对升降、喷杆架平衡等机构进行了理论分析和机构设计,使之具有升降机构工作更加连续稳定、平衡调节简单有效等优点。同时,进行了不同压力对分布均匀性影响的试验,结果表明,在喷雾机标准工作压力0.4MPa、喷雾高度500mm时,沿喷杆方向的多喷头雾量叠加均匀性变异系数为3.5%,喷雾均匀性较好。该研究为后续喷杆式喷雾机的研究提供了一定的参考。     

自动调平喷杆式喷药机设计与试验研究

针对耕地存在缓坡起伏及不同农作物具有不同的植株高度的特点,设计一套能够自由调节喷杆高度的喷杆式喷药机。该机喷杆始终保持与地面平行,使喷药机在田间工作时能够通过液压系统进行自由提升,且在田间工作时可利用机械部件完成喷杆的调平工作。系统利用动滑轮和液压系统完成喷杆的提升,利用弹簧和阻尼器完成喷杆的机械调平工作。该喷药机对提高农药的利用率、降低农作物生产成本都具有积极的推动作用。     

压力式可变量喷雾技术的研究

通过构建压力式可变量喷杆喷雾系统,进行可变率作业实验研究,并通过对喷头流量和喷杆喷雾模式的测试,对压力式可变率施药技术中喷雾的效率及均匀性进行研究。实验研究发现,扇形喷嘴可以提供最为均匀的喷雾效率,其变化系数小于15%。在进行可变率作业时,沿喷杆不同位置处喷头的喷雾量变化非常小(小于4%)。这种较小的喷雾量变化,为压力式可变率喷雾提高均匀性提供了优良的基本条件。