基于重心自适应调控的山地果园运输车设计与试验

为了进一步提升山地果园运输机械的复杂地形适应性,设计了一种基于重心自适应调控的山地果园运输车.根据山地果园实际环境特点,进行运输车的总体设计并阐述基本工作原理;根据设计要求,分别开展履带底盘、可移动载物台以及控制系统的关键部件设计,并针对斜坡、斜坡台阶和斜坡壕沟3种路况制定整机重心控制策略;基于多体动力学分析软件Rec...     

果园割草机悬挂装置的有限元分析——基于ANSYS Workbench

利用CAD/CAM软件Inventor的建模和分析功能,得到了3GC-160型悬挂式果园割草机的质心位置,通过等效质心法对割草机的三维模型进行简化,将其通过接口导入ANSYS Workbench有限元分析软件中,对模型进行静力学分析和模态分析,得到悬挂装置的变形、应力、应变分布云图及模态频率和振型云图。分析结果表明:悬挂装置设计合理,可为动力学分析和后续优化设计奠定基础并提供参考依据。     

丘陵山地藜麦联合收割机振动筛设计与仿真

针对丘陵山地藜麦联合收获时振动筛易堵塞、工作效率低等问题,设计了一种丘陵山地藜麦联合收割机双层往复式振动筛。通过理论设计与仿真分析,确定振动筛参数,采用ADAMS多体动力学软件对振动筛质心位移、加速度进行分析,并与藜麦联合收获脱粒物料属性进行对比分析。结果表明,振动筛质心位置水平方向位移变化范围为0～35.57 mm,质心位置竖直方向位移变化范围为0～21.58 mm,质心沿水平方向上加速度变化范围为-21 604.94～21 896.93 mm/s²,竖直方向上加速度变化范围为-12 686.76～13 700.76 mm/s²,振动筛运动形态满足脱粒物料滑移与分层的条件K_x≤K₀p,仿真结果与振动筛试验效果相近。振动筛结构设计合理,能有效避免脱粒物堆积,可以作为联合收割机振动筛使用。     

小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验

小型山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)在田间行驶时,常遇到台阶、砖头、石块、田埂等障碍,严重影响其通过性及稳定性,进而引发侧滑甚至倾翻等安全问题。为此,选取最难跨越的台阶作为研究对象,对山地拖拉机爬坡越障性能进行研究。首先,对山地拖拉机爬坡时跨越台阶的运动过程进行分析,得到求解最大越障高度的计算公式;然后,基于多体动力学分析软件Recur Dyn进行了正交和单因素变量仿真试验,仿真结果表明:越障速度、坡度角和拖拉机质心位置均显著影响山地拖拉机的最大越障高度,增大越障速度和质心-支重轮距、减小坡度角和质心高度均可提高山地拖拉机的爬坡越障性能;最后,基于自主设计的山地拖拉机进行了爬坡越障田间试验。结果表明,在速度1.6 km/h、坡度角为0°～15°工况下,试验结果与理论计算及仿真试验结果基本一致,理论计算与仿真试验的最大相对误差分别为5.17%、6.47%;在坡度角大于15°工况下,理论计算与仿真试验最小相对误差分别为13.25%、19.21%。说明所得到的山地拖拉机最大越障高度计算公式及仿真模型在坡度角为0°～15°时有效。     

果园采摘平台行走机构的研究现状及发展趋势

果园采摘平台是果实采摘过程中运用得最多的采摘机械。我国果树多种植在丘陵山地,地面崎岖不平,采摘机械行走机构性能的好坏关系到果园采摘作业效率和作业人员的安全。为此,从目前国内外常见的果园采摘平台行走机构典型应用分析入手,结合丘陵山地果园地貌特征以及小型机器人行走机构的部分应用,提出设计一种适合丘陵山地果园行走的、具有轻质化以及高离地间隙特征的仿形履带式行走机构。该机构在我国果园采摘平台的研制和推广上具有实际应用价值。     

山地果园履带底盘坡地通过性能分析与优化设计

履带底盘作为农机通用底盘的一种优选方案,在山地果园环境中的应用仍然存在较大优化空间。为了进一步提高履带底盘在复杂行驶路况下的地形适应性,结合山地果园的地形地貌特征,开展了履带底盘的坡地通过性能分析,并基于多体动力学分析软件RecurDyn的仿真结果,进行样机优化和试验验证。首先,以果园通用履带底盘为研究对象,通过理论分析探讨影响履带底盘斜坡平地通过性、斜坡越障通过性的关键结构参数,然后搭建RecurDyn虚拟仿真样机,分析关键结构参数对坡地通过性能的影响规律,进而以提高现有底盘坡地通过性能为优化目标,根据仿真分析结果提出了一种重心调节系统,最终进行样机试制与室内土槽试验。试验结果表明,在坡度为10°的试验路面下,优化后样机在偏航45°时最大牵引力均值为1 926 N,相比调控前增加了14.03%。优化后样机最大翻越台阶高度为230 mm,相比优化前增加了27.78%。优化后样机最大跨越壕沟宽度为640 mm,相比优化前增加了28%。研究结果可为山地果园履带底盘的坡地行驶性能优化提供参考。     

丘陵山地果园智能运输小车减振结构优化设计

由于丘陵山地果园路面不平坦,果实运输车减振效果差,果品因运输车的剧烈振动而损伤。为保证果品的园内运输质量,需对丘陵山地智能运输小车的减振系统进行优化设计。首先根据丘陵山地果园地形地貌,构建运输车激励图谱;通过对悬架系统进行分析,设计一种适用于丘陵山地果园运输车的二级减振结构,并对其进行参数优化;然后利用ADAMS构建动力学模型,对其减振性能仿真分析,仿真结果表明二级减振结构较单级减振结构在Z向和X向减振性能分别优化9.08%和24.22%,参数优化后的二级减振结构较优化前减振性能提高7.1%。     

果园无人车多体动力学模型构建及有效性验证

研制能够适应丘陵山区复杂地形、狭窄机耕道路、狭小果园空间的无人车,是降低果农劳动强度、提高劳动生产率的重要措施。为此,基于果园无人车的总体功能与目标,建立了基于RecurDyn的果园无人车多体动力学虚拟样机模型,重点阐述了车体几何模型和履带行走主要机构的建模过程。通过分析车体质心垂向加速度变化曲线和垂向位移变化曲线,验证了所建路面模型的有效性;通过分析整车在静平衡、加速和匀速行驶3个阶段的速度和加速度变化,验证了所建车体驱动函数的有效性。本研究可为后续基于该模型的果园无人车机械性能研究奠定基础,为智能农机装备的多体动力学建模提供了新思路。     

履带式农机设计及其爬坡运动学仿真

四川丘陵地区平均坡度为18°,适合北方平原地区的农业机械难以适用.结合丘陵地形特点,针对履带式农机在坡道行驶的稳定性问题,利用三维建模技术,建立履带农机车体的三维模型,在多体动力学软件Recur-dyn/Track(LM)中建立履带行走机构模型,并建立农机行驶稳定性数学模型.基于多体动力学软件Recurdyn对农机稳定...     

山地履带自走式辣椒收获机底盘动力学仿真与试验

针对贵州山地土质松软,田块面积小、坡度大,现有辣椒收获机在山地上行驶困难等问题,设计一种适用于丘陵山地的履带自走式辣椒收获机,并以该收获机的底盘为对象,研究收获机在山地行驶过程中的通过性和稳定性。利用RecurDyn对底盘在横坡行驶、纵坡行驶、翻越垂直壁和跨越壕沟等过程进行仿真。仿真结果表明,收获机在黏土路面上满载行驶时,横坡行驶最大坡度角为22°,纵坡上坡最大坡度角为30°,纵坡下坡最大坡度角为21°,翻越垂直壁最大高度为510 mm,跨越壕沟最大宽度为1 020 mm。田间试验结果表明,收获机纵坡上坡、翻越垂直壁和跨越壕沟的极限值与仿真结果的相对误差分别为10%、1.96%和3.92%,吻合度较高。试验验证了收获机在行驶过程中具有较好的稳定性和通过性,能够满足现阶段贵州山地辣椒采收要求。     

自解捆式果园秸秆覆盖机设计与试验

针对果园秸秆覆盖机不适应捆状秸秆、装载量小以及覆土装置易被碎石卡死问题,设计了一种自解捆式果园秸秆覆盖机。该机型由履带底盘、料箱、解捆铺料装置和覆土装置等组成。解捆铺料装置为齿带式结构,安装于料箱后部。为适应多种秸秆捆尺寸,提高抓料解捆能力和铺料均匀性,通过对解捆铺料过程分析确定了解捆铺料装置高度、倾角和齿带转速等关键参数范围;为了实现切绳和破捆过程滑切减阻,设计了三角形拨料刀齿,并基于刀齿对秸秆的扰动区域分析,对刀齿排布进行了设计;设计了一种双向对抛式覆土装置,同步对秸秆层进行薄土盖压。试验结果表明：覆盖机的秸秆装载量提高到原来的3.1倍;当覆盖机车速在0.8~1.4km/h,解捆铺料装置齿带转速在180~240r/min时,秸秆覆盖层厚度为5.1~18.1cm（标准差小于等于3.4cm）,薄土盖压层厚度为2.3~4.0cm,无卡死现象,满足作业要求;建立的秸秆覆盖厚度模型决定系数为0.9672。该机实现了秸秆解捆、行间覆盖与薄土盖压一体化作业。     

丘陵果园自然环境下柑橘采摘机器人设计与试验

智慧果园是未来果园行业发展的趋势,智能化果实采摘是发展智慧果园的关键问题。为实现智能化果实采摘,本文搭建了一种适用于丘陵果园矮化栽培模式下的柑橘采摘机器人系统。针对丘陵果园垄间地面凹凸不平,存在地形倾斜角0°~20°,设计了一种自适应调平平台保持机械臂基座水平;通过视觉系统获取多幅点云图像建立果树的三维点云模型,获取果实位置信息;为避免采摘时造成果实损伤,结合柑橘类水果的采摘特点,设计了一种剪切夹持一体化的末端执行器完成柑橘采摘。针对果园自然环境的主要扰动因素（风和光照）进行分级,设置10组对比试验,结果表明：在低光照或正常光照条件下,平均果实定位准确率为82.5%,末端执行器夹取成功率为87.5%,平均采摘时间最短为12.3s/个;高光照条件下平均果实定位准确率为72%,末端执行器夹取成功率为80%,平均采摘时间最短为12.5s/个。     

丘陵果园除草机器人底盘系统设计与试验

针对丘陵果园环境非结构化且复杂多变,常规的除草方式效率低等问题,设计了一种果园除草机器人底盘系统。根据果园丘陵地形地貌环境,确定车体控制方式和除草机器人底盘的总体结构方案,主要包括液压传动系统、电气控制系统等。设计配套的除草车电气控制系统和遥控接收、车载主控和导航功能的CAN通信协议。以运动控制为核心,采用角度传感器、电机驱动、车载主控、导航模块,构成闭环控制。使用自抗扰控制算法,以油阀控制电机为对象应用Simulink仿真,仿真结果显示自抗扰控制相比PID控制调节时间减少0.42s,超调幅度减小11.5%,稳定时间缩短0.14s。田间试验表明,运用自抗扰控制、结合导航功能的除草机器人行走速度均值为6.2km/h,均方差0.037km/h,作业效率0.51hm2/h,有效除草率均值97.46%,可在25°斜面上正常行走,对导航路径的跟踪误差标准差为4.732cm,运动控制响应及时,能够提高除草作业安全性和准确性。     

基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法

履带拖拉机采用差速转向,转向可控性差,影响自动导航性能,为提高履带拖拉机自动导航的性能,以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象,建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法,建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验,得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台,分别以不同车速进行导航试验,试验结果表明,在初始航向角为0,车速分别为1.0、1.5m/s时,导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm,导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm,导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm,导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域,满足实际田间作业需求。     

基于曲柄滑块机构原理导航的农业机器人设计

研究开发了一种自动导航果园用履带式移动机器人,作为果园精细化作业的移动平台.机器人采用基于曲柄滑块机构原理的导航方式,以导航机构检测的姿态角和位置角作为输入量设计了模糊PID控制器.试验表明,机器人以0.15m/s的速度直线行走时,最大跟踪误差小于0.02m;机器人转弯半径为2m时,最大跟踪误差小于0.05m.     

山地果园遥控单轨运输机设计

为解决山地果园运输困难的问题,设计了一种山地果园遥控单轨运输机。该单轨运输机由链轮链条机构实现驱动;单轨依地形铺设,适应了复杂地形的运输需要;机架装有防脱轨防侧倒装置,防止运行时单轨运输机脱轨和侧倒。以人工驾驶单轨运输机为研究对象,设计了一套遥控驾驶系统,实现单轨运输机的遥控驾驶。试验表明,该单轨运输机上坡可载重300kg,爬坡角度不大于38°,下坡载重1000 kg,转弯半径不小于4 ,其控制系统遥控距离可达300 ,工作可靠,适合山地果园作业。     

丘陵山区果园机械化技术与装备研究进展

中国果园种植面积大,主要集中在丘陵山区,受地形条件和种植模式影响,丘陵果园机械化程度普遍偏低,随着产业结构的调整,果园机械化的发展程度将直接影响其经济效益。本文分析了中国果园分布情况与丘陵果园种植特点,概述了丘陵果园的机械化发展程度,并分析了制约其发展的原因,阐述了机械动力底盘、多功能作业平台、果树修剪机械、植保机械以及采摘收获机械等果园主要装备和技术的研究现状和进展,并对部分果园机械的生产与推广应用情况进行调研分析。在此基础上指出丘陵果园机械化发展面临的问题,认为缺乏对复杂环境的适应能力是制约丘陵果园机械化发展的关键,对果园改建和机械装备研究等提出了发展建议。     

果园开沟深度宽度监测装备设计与试验

针对开沟作业过程中作业深度、宽度依靠人工监测,存在人工工作量大、实时性低等问题,研制果园开沟深度宽度监测装备。通过设计果园开沟深度宽度监测平台,结合LabVIEW上位机人机交互系统与Arduino单片机下位机数据测量系统,最终完成果园开沟深度宽度监测装备的研制,实现开沟作业过程中开沟宽度、开沟深度、作业时间等参数的实时监测、计算、显示与保存等功能。试验结果表明,开沟深度为25 cm时,装备测量误差最大为3.1 cm;开沟深度为30 cm时,装备测量误差最大为2.7 cm;开沟深度为35 cm时,装备测量误差最大为3.7 cm;开沟宽度的测量误差最大为3.1 cm,能够满足实际应用需求,数据实时性较好,能够满足作业监测需求,为智能化果园开沟作业质量实时监测奠定一定的基础。