小型履带式油菜播种机导航免疫PID控制器设计

针对适应于长江中下游地区稻茬田土壤黏湿、小田块的轻简化播种机智能化问题,设计了一种基于免疫PID的小型履带式油菜播种机导航控制器。以小型履带式油菜播种机为基础,利用电磁铁对其转向系统进行电控改装,采用高精度北斗定位模块和电子罗盘进行组合导航,获取履带式播种机的位置和航向信息作为导航控制器的输入,设计了小型履带式油菜播种机自动导航控制系统。建立了履带式油菜播种机运动学模型和转向角传递函数,利用Matlab仿真和实地导航试验对常规PID控制和免疫PID控制进行了对比试验。仿真表明:在相同参数条件下,与常规PID相比,免疫PID控制具有响应快、超调量小、平均跟踪误差小等特点;路面试验表明:当播种机速度为0.50m/s时,免疫PID控制器直线跟踪的平均绝对偏差为4.2 cm,最大跟踪偏差为11.9 cm。田间试验表明:当播种机速度为0.50 m/s时,免疫PID控制器直线跟踪平均绝对偏差为5.8 cm,最大偏差不超过15.2 cm,能够较好地满足播种机导航作业要求,该研究可为履带式播种机的自主导航提供了技术参考。     

基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统研制

水稻田土壤松软,收割机作业后会出现残留秸秆凸起、地表坑洼等现象,导致秸秆旋埋还田作业易出现重耕、漏耕和自动驾驶路径跟踪精度差等问题。该研究基于滑移估计模型推导了拖拉机路径跟踪的前轮转角控制率,并设计了一种变增益单神经元PID导航控制器。在自主设计的电控比例液压转向系统基础上开发了秸秆旋埋还田导航系统,采用双天线RTK-GNSS获取拖拉机的实时位置和航向角信息,由变增益单神经元PID控制器根据理论转角和航向角偏差变化输出实际执行转角,实现旋埋作业自主路径跟踪。田间试验表明,作业速度为1.15 m/s时,变增益单神经元PID控制器的自适应直线跟踪最大横向偏差不超过0.071 m,平均绝对偏差不超过0.031 m。与常规PID控制器相比,变增益单神经元PID控制器的最大横向偏差和平均绝对偏差控制精度分别提高了53.08%和51.72%;与单神经元PID控制器相比,最大横向偏差和平均绝对偏差控制精度分别提高了39.00%和28.21%。该研究设计的变增益单神经元PID控制器可以增强导航系统的适应性和鲁棒性,提高路径跟踪精度,适用于未来无人驾驶下的秸秆旋埋还田作业。     

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40～0.85 hm²/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。     

圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明：影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。     

基于MBD-DEM耦合的联合收获机割台仿形机构设计与试验

为提高联合收获机割台仿形机构对田间地形变化感知的灵敏度和对田间地形仿形的准确度,该研究设计了一种主-副板压紧式割台仿形机构。基于对仿形机构的理论分析,以割台对副仿形板作用力、土壤对主仿形板作用力和土壤下陷距离为试验指标,以弹簧刚度系数、弹簧初始长度、副仿形板长度和主仿形板长度为因素,设计了二次回归通用旋转组合优化试验。运用粒子群优化算法确定各因素水平范围,基于多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）-离散元（Discrete Element Method, DEM）耦合方法进行仿真试验,建立了各因素与指标间的数学回归模型。对模型进行参数优化,得到最优参数组合为：弹簧刚度系数464 N/m,弹簧初始长度90 mm,副仿形板长度484 mm,主仿形板长度450 mm。主、副仿形板宽度200 mm,材料为301不锈钢,弹簧材料为碳素弹簧钢丝,直径2 mm,外径20 mm,有效圈数45圈。田间试验结果表明：割台对副仿形板作用力均大于0,表明仿形机构始终处于正常工作状态,土壤对主仿形板平均作用力分别为85.23、85.80和86.08 N,与预测值基本一致,表明仿形机构感知地形变化较灵敏,对应的土壤平均下陷距离分别为5.4、7.1和6.4 mm,均小于10 mm,表明仿形机构对田间地形仿形准确度较高,参数设计合理。研究结果可为联合收获机割台仿形系统设计提供参考。     

履带式坡地玉米收获机设计与试验

针对中国丘陵山地玉米种植以小地块、坡地块较多制约玉米机械化收获的现状,设计了一款履带式坡地玉米收获机,实现山地丘陵地区复杂地形条件玉米机械化收获.该收获机采用横辊摘穗技术,解决了传统摘穗辊喂入性不流畅和复杂地形下玉米植株的喂入问题,提高割台的喂入量,有效缩短整机长度0.5～1.2 m左右;并采用可伸缩式履带行走底盘,通...     

4LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验

针对谷子机械化收获难、损失大的问题,研究设计了4LZG-3.0型谷子联合收获机。该文描述了机器的总体设计方案,并对割台、输送装置、脱粒装置、清选装置等进行了设计,确定了其关键参数。该机配套动力55 k W,工作幅宽为2 000 mm,生产率为0.23~0.45 hm2/h;可一次完成谷子切割、输送、脱粒、清选、集粮、碎谷码回收等作业,具有喂入量大、割台损失少、脱净率高、夹带损失率小、脱出物中含杂率少等特点。田间性能检测和试验考核表明:机器性能稳定,作业顺畅,主要指标为喂入量3~3.3 kg/s;总损失率6.86%~6.89%;含杂率1.6%~1.8%;破碎率1.3%~1.4%;可靠性系数≥95%,均达到或超过设计技术指标。该研究有效降低了割台损失,大幅减少了脱粒、清选损失,为提高谷子机械化收获水平提供了参考。     

纵轴流联合收获机关键部件改进设计与试验

针对当前履带式纵轴流联合收获机中存在的工作状态无法在收获不同作物间快速转换,割台损失率较高、脱粒分离能力较差以及功耗高等不足,对割台、脱粒、清选、行走等主要工作部件进行了改进设计与试验研究。将割台设计为无级调速可伸缩式结构,脱粒装置改为纵轴同径差速滚筒脱粒装置,采用单HST(hydro static transmission)原地转向行走装置及防粘附清选装置,并经室内试验和田间试验表明:可伸缩割台能实现稻麦收割状态与油菜收割状态的快速转换,扩大了割台的使用功能,收获油菜损失显著减少,与常规相比较,油菜损失率降低2.8个百分点;差速轴流滚筒提高了脱粒效果和分离能力,与等长度单转速轴流滚筒相比,夹带与脱不净损失率分别减少了0.02个百分点与0.09个百分点,破碎率减少了0.017个百分点;原地转向行走机构减少了地表土壤的破坏并降低了转向功耗,以原地转向替代单边制动转向时,节约功耗37.0%;清选机构抖动板和清选筛面经不沾水处理,改善了潮湿谷物的清选性能,清选损失率降低0.9个百分点,含杂率降低0.4个百分点;这些联合收获机主要工作部件的改进设计提高了整机工作性能,以期为联合收获机主要工作部件改进,提高联合收获机工作性能提供参考。     

自走式甘蓝收获机的设计与试验

针对中国甘蓝收获机械化水平低、缺乏相应甘蓝收获装备的现状,在统计分析主要甘蓝品种物理参数的基础上,设计了一种适合南方田间作业的自走式甘蓝联合收获机。该机型采用单行一次性收获方式,配置有专用动力底盘,收获台架主体包括引拔装置、输送提升装置、切根装置、剥叶装置、收集装置等,动力由液压系统驱动,可一次完成甘蓝的拔取、输送、切根、剥叶、装箱等作业。田间试验表明,该收获机各工作部件工作稳定,表现出了良好的收获效果,收获速度为0.3 m/s时,拔取成功率为86.7%,输送成功率达93.3%,切根合格率为75.0%,剥叶合格率为81.7%,基本满足甘蓝的机械化收获要求。该研究为中国解决甘蓝的机械化收获提供了参考。     

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的设计与试验

为了解决玉米茎秆回收利用,提出立式摘穗茎秆切碎单元体结构,设计了玉米收获、茎秆切碎、根茬破碎于一体的玉米收获工艺,并用于4YQZ-3自走式穗茎兼收型玉米联合收获机,通过生产试验和检测证明,符合国家相关标准规定。为解决玉米穗茎兼收关键技术提供了技术方案和应用实例。     

大豆联合收获机对称可调式凹板筛设计与试验

针对传统大豆联合收获机脱粒间隙调整方法单一、田间作业时工作参数与作物适应性差,导致大豆破碎率、未脱净率和夹带损失率较高的问题,该研究设计了一种对称可调式凹板筛,实现双侧脱粒间隙可调,并对其间隙调整量进行了确定。以大豆联合收获机的前进速度、滚筒转速、脱粒段脱粒间隙、分离段脱粒间隙为影响因素,以大豆破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标进行四因素三水平响应面试验,利用Desigen-Expert 12.0对田间试验结果进行响应面分析,研究不同影响因素对评价指标的影响规律。结果表明,在前进速度为3.3 km/h、前滚筒转速为500 r/min、后滚筒转速为650 r/min、脱粒段脱粒间隙19 mm和分离段脱粒间隙15 mm的参数组合下,采用对称可调式凹板筛的破碎率为2.69%,未脱净率为0.57%,夹带损失率为0.13%,相较于现有的竖直调节式凹板筛,破碎率、未脱净率和夹带损失率分别降低了0.46%、0.71%、0.55%,对称可调式凹板筛的各项指标均优于现有的竖直调节式凹板筛。研究结果可为南方地区大豆联合收获机差速脱粒分离装置的调节以及自适应调节系统的研究提供参考。     

油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验

针对传统油菜联合收获机多采用风筛式清选装置,其整机结构复杂、尺寸庞大,研制了一种适于油菜联合收获的旋风分离清选系统,分析确定了旋风分离筒、输送带式强制喂料装置的结构及其相关参数,采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了旋风分离筒吸杂口风速、风量以及强制输送带线速度对油菜籽粒清洁率和损失率的影响,构建了籽粒清洁率、损失率与吸杂口风速、强制输送带线速度之间的回归方程,优化得出了最佳运行参数组合。试验结果表明:吸杂口风速为12~16 m/s,风量为0.375~0.501 m3/s,强制输送带线速度为1.570~1.884 m/s时,清选性能较好。选择吸杂口风速15.3 m/s、风量0.479 m3/s、强制输送带线速度1.570 m/s优化组合时,分析计算得出籽粒清洁率为96.98%。田间试验表明:采用取消链耙输送设计的油菜联合收获机能够保证物料喂入顺畅,旋风分离清选系统清洁率为90.21%,损失率为6.54%。该研究结果为旋风分离清选系统的结构优化和油菜联合收获机整机结构的改进提供了参考。     

油菜联合收割机双向电驱动分行竖割刀设计

针对传统油菜联合收割机分行竖割刀存在振动大、损失率高的问题,该文设计了双向电驱动分行竖割刀装置。根据对称式双偏心轮的运动学特征和双动刀片切割油菜茎秆的力学模型,确定了传动机构和刀片的主要参数;建立了动刀切割运动轨迹方程,通过数值模拟分析不同切割速比(割刀平均速度与收割机前进速度之比)下的切割效果,以未切割率与重复切割率之和最小为约束条件,确定切割速比为1.1时切割效果最优;将双向电驱动分行竖割刀应用于4LZ-6T型油菜联合收割机并开展振动测试,仅竖割刀工作时,割台振动加速度为0.11g,为横割刀振动加速度的11%;田间试验表明,装有双向电驱动分行竖割刀的油菜联合收割机收获总损失率为6.15%,其中割台损失率为3.37%,竖割刀分行平均损失率为1.03%;在切割速比为1.08、1.63、2.40时,竖割刀的分行损失率分别为0.90%、1.04%和1.14%,在接近最优切割速比1.1时,竖割刀分行损失率最小为0.90%,相较另外2种切割速比,竖割刀分行损失率分别减小了13.5%和26.7%。该研究和设计可为油菜割台结构改进和降低油菜联合收割机收获损失提供参考。     

稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 m...     

胶棒滚筒棉花采摘头的设计与试验

为确定胶棒滚筒棉花采摘头运动参数对新疆机采棉种植模式下的棉花采摘质量的影响,该文阐述了胶棒滚筒棉花采摘头的工作原理及其关键部件、总体结构。基于运动学分析,建立了采摘速比K值与采棉工艺速度、采摘工作角、滚筒转速之间的相应的函数关系,分析了其对棉花采摘性能影响规律。田间试验表明,当采棉机作业速度0.83 m/s,滚筒转速在450 r/min时,棉花采净率达95%以上,含杂率小于15%,落地棉小于2%,达到了棉花收获机械作业的技术要求。