根茎类作物收获机自动对行系统设计与试验

针对国内根茎类作物收获机械自动化水平低、劳动强度大、对行功能缺失、明薯率低、伤薯率高和漏挖率高等问题,以4UGS2型双行薯类收获机为载体,以垄行截面走向为研究对象,综合运用机械、液压和电子控制等领域关键技术,设计了一种自动对行系统。该系统包括地垄仿形机构、牵引机构、液压系统和控制系统,采用基于PID的速度控制模式实现收获机作业路线实时调整,从而实现收获机行进过程中的自动对行功能,进一步提高了薯类作物收获机械自动化水平。田间收获试验表明：薯类收获机安装自动对行系统后,其平均明薯率为 97.25%,平均伤薯率为1.44%,平均漏挖率为1.57%。通过与人工对行收获试验对比可知,平均明薯率提升了2.16个百分点,平均伤薯率降低了1.40个百分点,平均漏挖率降低了1.81个百分点。     

自动随行导向的甜菜组合式挖掘装置

针对甜菜收获过程中损失率高、漏挖率高和作业效率低的缺点,研究一种用于甜菜联合收获机的自动随行导向的组合式挖掘装置。经试验对比,采用该装置甜菜收获损失率降低3.56个百分点,漏挖率降低3.08个百分点,作业效率提高15%,为甜菜联合收获机的研发提供了技术依据。      

小型薯类收获机设计与田间试验

为了满足丘陵山地薯类机械化收获的需要,设计开发出了一种小型薯类收获机,重点解决小型薯类收获机在作业过程中存在的薯土分离不净、杂草雍堵、破碎率较高等问题。该机增设了防缠绕装置,有效解决了杂草雍堵和壅土问题。应用升运链式分离结构,并对挖掘结构优化设计,有效实现薯土分离,降低了破薯率。田间试验表明:在低速工作状态下,机器平均损失率为2.12%,平均伤薯率为4.99%,平均明薯率为97.83%;在高速工作状态下,机器平均损失率为0.51%,平均伤薯率为3.25%,平均明薯率为99.49%。该机能满足不同土壤的作业要求,作业效果良好。     

挖拔式木薯收获机挖深液压控制装置的设计与试验

针对挖拔式木薯收获机在收获过程中带有一定倾角的挖掘铲有朝着深度方向行进的趋势,增加了挖土量及挖掘负荷等问题,提出了基于液压控制系统调整挖深的设计思路。为此,研制了一种挖深液压控制装置,主要由地表仿形机构、挖掘铲液压调节机构、液压系统及PLC控制系统4部分组成;同时,对液压系统的负载特性进行系统分析计算,选取了合适的执行元器件,并在此基础上进行土槽实验。结果表明:地表仿形机构,最大误差8.9%,平均误差3.5%;掘铲液压控制系统的响应时间为1.7s,1s内完成对挖出铲的角度与深度自动调节,测试效果能够满足精准挖深控制要求。     

丘陵山区甘薯收获机的研制与试验

针对丘陵山区甘薯收获机械化水平低,国内收获机普遍存在伤薯率高、挖掘阻力大、易堵塞和土薯分离不净的问题,设计制造一种适用于适于丘陵缓坡红黄壤黏性土作业的甘薯收获机。阐述收获机整机结构和工作原理,对传动系统、挖掘铲、防缠装置和土薯分离输送装置等关键部件进行设计分析,通过理论计算确定弧形挖掘铲、升运链和抖动轮的主要参数。性能试验结果表明:防缠装置对收获机性能影响显著,低速收获时,明薯率为98.25%,伤薯率为2.94%,破皮率为2.15%,顺畅性为99.52%,生产率约为0.16 hm~2/h;高速收获时,明薯率为98.51%,伤薯率为2.62%,破皮率为2.02%,顺畅性为98.32%,生产率约为0.27 hm~2/h,各项指标均符合设计合格要求,对甘薯红黄壤黏性土垄作种植适应性较好。     

低位铺放双重缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对现有马铃薯收获机分离效果不理想、铺放环节防损减损能力弱、伤薯率和破皮率较高等问题,结合国内北方地区马铃薯种植农艺,采用"振动输送分离+双重缓冲减速+低位铺放减损"的薯-土-杂分离工艺,设计了一种低位铺放双重缓冲减损马铃薯收获机,主要由挖掘装置、仿形松土限深装置、低位铺放输送分离装置、2级振动装置、切土切蔓装置、双重缓冲帘、平土压实装置等部分组成。在阐述总体结构及工作原理基础上,建立薯块运动模型,确定关键部件参数。薯土分离阶段分为振动输送分离段和低位铺放缓冲分离段,以在满足高效分离的同时降低破皮率;优化改进后的仿形松土限深轮,作用在薯垄内部薯块上的挤压力相对减小,即达到薯土松离效果的同时降低伤薯率;平土压实装置,可有效避免薯块被挖掘分离后被再次掩埋,利于捡拾且提高明薯率。台架试验利用碰撞检测技术,分析低位铺放环节的碰撞冲击特征,以揭示缓冲帘减损机理。试验结果表明,在收获速度为0. 88、1. 16 m/s时,纯作业时间生产率分别为0. 41、0. 54 hm~2/h,伤薯率分别为1. 03%和0. 84%,破皮率分别为1. 52%和0. 95%,各项性能指标均满足相关标准的要求。     

基于振动挖掘与二次分选的4U-90型番薯收获机设计与试验

针对我国丘陵山地番薯收获作业中存在的现有机型实用性较低、伤薯率高、明薯率较低、多为人工收获等问题,设计一种适用于丘陵山地轻量化番薯收获机。整机结构主要有变速箱、三点悬挂装置、挖掘装置、二次分选装置、升运分离装置等组成。该收获机能做到较高效率挖掘番薯,并在其升运期间振动分离土薯,同时收集升运过程中掉落番薯至二次分选装置并振动分离土薯。在此研究目的的基础上进行样机三维模型建立,并在样机制造完成后进行田间实地试验,记录试验过程中收获机的明薯率、伤薯率、漏薯率等数据,试验数据表明满足番薯收获机工作需求,并以此为以后样机改进提供理论依据与现实基础。     

马铃薯联合收获机摇摆架及挖掘结构的设计

随着国内马铃薯收获机械化水平的不断提升,在借鉴了国内外先进技术的基础上,结合马铃薯在国内收获地形差别较大的实际情况,设计了一款能够适应多种收获地形的仿形挖掘机构—摇摆架。该结构既能够在平坦的收获地形实现高效收获,又可在薯垄具有一定高度差的地块收获时实现双垄不同挖掘深度的独立调节,提高了收获机适应不同收获地形的能力,解决了因收获地面不平而造成的伤薯问题。模块化的辅助机构设计,增强了收获机满足不同马铃薯种植农艺要求的能力。通过液压缸控制挖掘铲的收放,提高了收获精度,降低了劳动强度。该结构的设计对马铃薯收获机的改进提供了参考。     

4GS-1500型甘薯宽幅收获机的研究设计与试验

针对国内甘薯收获机械严重短缺现状,研究防缠绕、低破损和减阻降耗等关键技术或机构,设计了一款适宜平原坝区或丘陵缓坡等大田块沙壤或沙浆黑土地作业的4GS-1500型甘薯宽幅收获机,该机升运系统采用了两段式输送结构,前段保障分离效果,后段保障输送效果.田间试验表明:安装防缠绕装置有利于提高明薯率、降低伤薯率、提升作业顺畅性、保障生产率;采用前端两侧漏土栅结构有利于提高明薯率、作业顺畅性和生产率,但会小幅增加伤薯率.     

甘蔗收获机割台随动控制系统设计与试验

针对国内现有甘蔗收获机无法对割台高度实施自动控制的问题,设计了一种割台随动控制系统。系统由自重摆动式仿形机构、STM32控制器、位移传感器、上位机模组、按键模块、电磁阀及驱动模组组成。自重摆动式仿形机构与地面直接接触并保持贴附,实时检测收获作业时的地面起伏变化,同时可以依靠仿形机构外廓曲面减小收获机倒退时地面对自身关键部件的冲击。建立割台高度控制参数模型,运用PID控制算法,有效地实现收获机割台高度的精确控制,进一步提升了甘蔗收获机自动化水平和工作性能。田间试验结果表明,收获机在安装割台随动控制系统后,割台随地形起伏变化而变化,使破头率降低,平均破头率为21%,通过与人工控制收获试验对比,平均破头率下降18.5个百分点。     

基于嵌入式电子监控器的马铃薯收获机开发

为了实现马铃薯收获和地膜回收同时进行,基于嵌入式技术,设计了马铃薯收获机.在马铃薯挖掘和地膜回收过程,测试地膜厚度、工作速度、挖掘深度和铺放时间4个因素影响程度,进行四因素五水平试验.试验结果表明:地膜回收率影响主要因素为地膜厚度及工作速度;对伤薯率影响由大到小分别为挖掘深度、工作速度.同时,建立伤薯率和地膜回收率模型...     

大蒜收获机限深挖掘装置的设计与试验分析

针对我国大蒜平作种植收获过程中存在的人工挖掘效率低、生产成本高及传统挖掘机具因挖掘深度不均匀导致的伤蒜问题,创新设计一种适用平作大蒜种植的大蒜收获机限深挖掘装置。主要介绍了大蒜收获机限深挖掘装置的整体结构和工作原理。建立了仿地形限深挖掘数理模型,阐述了仿地形限深的条件。通过对装置的田间试验和数据采集,得出了大蒜收获机限深挖掘装置的作业参数。试验表明,当挖掘深度为11.99 cm,入土倾角为24.5°时,试验指标挖掘阻力最小,为3 163.9 N,满足了大蒜挖掘收获要求。      

装包卸包型马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土秧杂分离效果差、伤薯破皮严重以及后续清选除杂成本高等问题，采用双筛薯杂分离、拨板摘薯、人工辅助分拣除杂、缓存集薯装包和随重渐降卸包相结合的作业方式，研制了一种装包卸包型马铃薯联合收获机，该机具主要由松土限深装置、挖掘装置、双筛式薯杂分离装置、拨板摘薯装置、人工辅助分拣平台以及集薯装包卸包装置等部分组成。在阐述总体结构和工作原理的基础上，对双筛薯杂分离过程和拨板摘薯过程进行力学分析，明确了马铃薯运动轨迹和碰撞特征；拨板摘薯装置可实现薯秧脱附分离，降低损失率；缓存集薯装包与随重渐降卸包技术，可实现缓存和装包状态自动切换，确保不停机柔性集薯与减损卸包。试验结果表明，当作业速度为3.01、3.95 km/h时，生产率分别为0.39、0.51 hm²/h,伤薯率分别为1.68%和1.44%,破皮率分别为2.05%和1.71%,含杂率分别为1.75%和1.96%,损失率分别为1.56%和1.52%,各项性能指标均满足相关标准要求。     

马铃薯收获机辊组式薯土分离装置设计与试验

针对目前传统马铃薯收获机分离装置存在伤薯率高、去土率低以及分离装置结构形式单一且调节不便的问题,设计了一款由聚氨酯材料构成的左右螺旋对称式去土辊与可调节式光辊交替排列组合的马铃薯收获机辊组式输送分离装置。通过针对机体结构的动力学分析、薯土分离的耦合机理分析和去土过程马铃薯之间碰撞离散分析,确定了影响马铃薯收获机辊组式输送分离装置伤薯率和去土率的关键因素,并对其进行试验,以伤薯率和去土率为试验指标,以去土辊和光辊间距和转速、输送分离装置倾斜角为试验因素,根据正交试验结果建立数学回归模型并进行响应面分析和参数化分析,确定当去土辊与光辊间距为16.5 mm、去土辊转速为100 r/min、光辊转速为100 r/min、分离装置倾斜角为8°时,伤薯率为0.64%,去土率为97.1%。与传统马铃薯收获机分离装置相比,伤薯率下降0.12个百分点,去土率上升2.6个百分点,该装置能更好地满足输送分离要求。     

马铃薯联合收获机车身调平系统设计与试验

针对马铃薯联合收获机作业时车身不能随地形起伏变化自适应平衡,导致作业安全性低、收获损伤大、收获品质差的问题,设计了一种马铃薯联合收获机车身调平系统,该系统采用融合一阶惯性滤波的倾角传感器监测车身横向倾斜角度,干扰和抖动被有效抑制;通过车身调平机构动力学分析,建立了系统的数学模型;采用基于一阶惯性滤波的模糊PID算法控制比例阀驱动升降液压缸运动,从而实现马铃薯联合收获机车身自动调平。对车身调平系统进行仿真分析,结果表明：与传统PID算法相比,模糊PID具有更好的控制性能,系统调节时间缩短51.77%,上升时间缩短53.57%,最大超调量减小6.25%;对整机控制系统进行静态和动态试验测试,结果表明：在坡度-10°~10°范围内,系统自动调平时间小于4s,最大调平误差小于1°;车身在倾斜角10°工况下,使用模糊PID控制算法自动调平时间缩短约50%,静态试验结果与仿真分析结果相符;在起伏变化较大的路面以速度3.6km/h行驶时,车身倾斜角误差控制在±3°以内,较好地实现了马铃薯联合收获机车身自动调平控制,满足实际作业需求。     

马铃薯收获机现状与发展趋势

马铃薯为地下产物,且是块茎繁殖,其收获方式以挖掘为主。目前,我国马铃薯大多是以人工挖掘或半机械化收获。为了促进马铃薯收获机械化,从分析我国马铃薯收获机的发展过程入手,阐述了我国马铃薯收获机的主要类型和应用现状,并对其发展趋势做了展望;指出了应用马铃薯收获机可以大大提高收获效率,降低劳动强度,增产增收,减少损失,为我国马铃薯生产奠定良好的基础。     

轮式谷物联合收获机视觉导航系统设计与试验

为提高联合收获机收获质量与效率,构建了轮式谷物联合收获机视觉导航控制系统,结合OpenCV设计了谷物收获边界直线检测算法识别水稻田间已收获区域与未收获区域边界,经预处理、二次边缘分割和直线检测等得到联合收获机视觉导航作业前视目标路径,并根据前视路径相对位置信息进行田间动态标定获得联合收获机满幅收获作业状态;提出了一种基于前视点的直线路径跟踪控制方法,通过预纠偏控制实现维持满割幅的同时防止作物漏割,以相对位置偏差值和实时转向后轮转角作为视觉导航控制器的输入,并根据纠偏策略对应输出转向轮控制电压大小。稻田试验结果表明,该导航系统实现了轮式联合收获机田间相对位置姿态的可靠采集及目标直线路径跟踪控制的稳定执行,在田间照度符合人眼正常工作的情况下,收获边界识别算法检测准确率不低于96.28%,单帧检测时间50 ms以内;以不产生漏割为前提的视觉导航平均割幅率为94.16%,随作业行数增多,割幅一致性呈提高趋势。本研究可为联合收获机自动导航满割幅作业提供技术支撑。