单轨道山地果园运输机齿条齿形优选

为减小单轨道山地果园运输机能耗及提高运输效率,该文基于动力学理论建立了运输机驱动轮与轨道齿条啮合的动力学模型,并设计、加工制造了链轮齿形齿条、销轮齿形齿条、摆线齿形齿条。以运输机驱动轮旋转角速度、轨道坡度、齿条齿形为考察因素,以驱动轮与不同齿形齿条啮合时所需提供的驱动扭矩为评价指标,探究齿条齿形对单轨道山地果园运输机力学性能的影响,得到在相同条件下驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩最小,且波动幅度最小。在驱动轮转速为+88.08 rad/s、轨道坡度分别为+0?、+6?、+12?时,驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值较驱动轮与圆弧齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值分别减小33.82%,33.45%,21.59%;在驱动轮转速为-88.08 rad/s、轨道坡度分别为-0?、-6?、-12?时,驱动轮与链轮齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值较驱动轮与圆弧齿形齿条啮合时的驱动扭矩均值分别减小35.55%,27.24%,30.43%。试验结果表明,链轮齿形齿条综合性能最优,较圆弧齿形齿条更适宜用于单轨道山地果园运输机的轨道运输中。该研究为单轨道山地果园运输机轨道的结构优化设计提供了参考。     

果园单轨运输机在轨状态感知系统研制

针对山地果园单轨运输机作业环境受限、定位精度较低等问题,该研究基于高频RFID(RadioFrequency Identification)混合测速定位方法,设计了一套果园单轨运输机在轨状态精准感知系统。感知系统以STM32F103RCT6芯片为主控单元,利用双RFID阅读器读取基准定位标签组的时间差,使用混合测速定位方法,实时计算运输机的作业状态信息;设计了移动端监测软件,通过LoRa通信模块远程获取运输机实时作业状态信息。试验结果表明,运输机在平地路况中运行稳定,感知系统计算的全程平均行驶速度为0.49 m/s,依据秒表记录计算的全程平均行驶速度为0.48 m/s,二者速度相差2%;基准定位标签组间距为3.42m时,运输机全程平均定位误差为6.18±0.60cm;基准定位标签组间距为6.84 m时,运输机全程平均定位误差为6.46±1.14 cm。该研究验证了基于高频RFID精准感知单轨运输机在轨状态的可行性,提升了运输机作业安全性和智能性,可为实现果园生产精准作业提供可靠数据支持。     

山地果园单轨运输机超声波避障系统的设计与试验

为避免山地果园单轨运输机运行时碰到前方穿越的移动物体或轨道上的静止障碍物,提高运输机工作的安全性和稳定性,研制了山地果园单轨运输机超声波避障系统。该系统由核心微处理器、超声波探头及收发电路、电源模块、无线通信模块和按键等组成。以规则物块、不规则小石块等作为轨道上的障碍物,以树枝、侧枝较多的盆栽柑橘树作为轨道旁的非障碍物,将超声波探头安装在3个不同位置,使运输机工作在慢、中、快3个不同的速度,测试了避障系统的工作性能。试验结果表明,在一定条件下,避障系统能识别轨道上的障碍物和轨道旁的非障碍物。该研究提升了单轨运输机在轨道上无人驾驶运行的安全性和可靠性。     

基于超高频RFID双天线双标签对照的果园单轨运输机定位

针对果园单轨运输机在轨位置精准感知的应用需求,该文基于超高频射频识别技术(radio frequency identification,RFID)接收信号强度数据进行了运输机定位试验研究。该研究通过分析RFID通信特征,设计了RFID双天线双标签对照的运输机定位方法,构建了能量传输定位模型和路径损耗定位模型;通过阅读器单天线试验,得到当前RFID设备的安装参数,确定了阅读器天线与轨道标签之间的最优垂直距离为20 cm,双标签之间的最优水平在轨距离为45 cm;通过双天线试验及数据分析,得到适用于试验环境的最优定位模型系数。试验结果表明,该研究提出的定位模型能够有效降低噪声干扰,减少定位误差。RFID设备在最优定位参数条件下,使用路径损耗定位模型得到的最小定位误差均值为1.0070 cm。该研究验证了基于超高频RFID对果园单轨运输机定位的可行性,提升了运输机运行安全性和可靠性。     

液力自动变速器换挡过程的反演优化控制

为了将换挡品质优化问题转化为单一目标轨迹跟踪问题,运用Back-stepping控制进行液力自动变速器换挡过程控制的优化,该文通过分析换挡过程中各阶段变速器分离离合器与结合离合器运动状态,建立了离合器输出扭矩数学模型,利用变速器输入、输出转速变化,观测结合离合器转速情况,设定目标轨迹。结合输入状态稳定理论(ISS,input-to-state stable)设计了滑摩控制器,改变离合器控制电磁阀结合电流,实现了结合离合器转速对目标转速轨迹的跟踪。联合仿真结果表明,滑摩控制器输出结果对目标轨迹跟踪紧密,有效提高了液力机械自动变速器换挡品质。     

山地果园单轨货运机的最小转弯半径及最大承载量分析

摘 要：最小转弯半径及最大承载量是设计单轨货运机的重要技术参数。该文分析了单轨货运机的结构及货运机平地运行、坡地运行的动力学特性,并通过相关试验对理论分析结果进行了验证,试验结果表明,最小转弯半径及最大承载量受货运机结构尺寸的影响,并建立了它们之间关系的数学模型。研究结果为山地果园单轨货运机及同类货运机械的设计提供了理论依据     

旋转式农机土槽试验台运行平稳性控制方法及试验验证

为了解决旋转式土槽试验台的槽体和槽内土壤质量较大带来速度不容易控制和调节的问题,建立轮胎摩擦驱动的旋转式土槽试验台的数学模型。根据旋转式土槽交流伺服驱动器的特点设计了模糊控制器,对模糊控制进行优化并进行MATLAB仿真、对比。当交流伺服驱动器初始输入转速为300 r/min时,优化前后土槽在模糊控制策略下输出转速最终都稳定在3 r/min;优化后模糊控制下的土槽输出转速超调量小,最大转速为3.4 r/min,比优化前的3.7减小0.3 r/min,土槽输出转速稳定在3 r/min的时间由优化前的9.0减少到8.0 s,后期无振荡。试验结果表明:当旋转式土槽交流伺服驱动器输入转速320 r/min时,土槽运行稳定性误差由模糊控制的0.034降低到优化模糊控制的0.029,土槽从启动到进入稳定运行的时间由10.1缩短到7.9 s。该研究可提升后续利用该种试验台进行移栽和播种等农业机械试验的精度。     

不同海拔高度下植保无人机旋翼气动性能

针对植保无人机受大气环境影响导致的旋翼气动性能降低、无人机荷载量下降等问题,该研究设计了一种旋翼转速可调且具备实时监控发动机转速、旋翼升力及输出扭矩的植保无人机旋翼试验台,主要包括DLE430型双缸直列两冲程航空发动机、翼型NACA 8-H-12的半径1.51 m旋翼2片、动力输出装置、控制系统和数据采集系统。运用数值模拟、CFD(computational fluid dynamics)方法与台架试验,在海拔0、1、2、3、4 km高度下,分别以800、1 000、1 200 r/min的转速测试旋翼气动性能,通过二次旋转正交组合试验探究桨叶角和旋翼转速对旋翼升力、输出扭矩和功率的影响。结果表明,随着海拔高度的增加,旋翼的升力和功率明显降低,海拔4 km时,旋翼转速1 116 r/min、桨叶角10.44°的升力最大值为356.28 N,扭矩为227.35 N·m,功率为26.54 kW,旋翼试验台效率为85.92%。与海拔134 m相比,海拔1.941 km下的旋翼升力下降22.38%,与数值模拟结果下降的20.22%相吻合,旋翼驱动扭矩下降约24.21%,发动机功率下降约3.99...     

基于DEM的无人驾驶拖拉机前馈稳速控制

针对农田坡度变化影响无人驾驶农机行驶速度稳定性,进而降低播种均匀性和肥药施用精度等问题,该研究设计了一种基于农田数字高程模型（digital elevation model,DEM）和前馈控制策略的拖拉机稳速控制方法。首先建立坡地干扰补偿模型,基于拖拉机实时位置从农田DEM中提取前方作业路径的坡度信息,计算拖拉机前方目标速度补偿量,实现拖拉机行驶的稳速控制。以DF1204无级变速拖拉机为试验平台,在中国农业大学烟台研究院开展3组不同目标速度的上坡、平地和下坡行驶对比试验。试验结果表明,拖拉机以目标速度4.0、6.0和8.0 km/h行驶时,上坡行驶的实测速度均值分别为4.03、5.94和7.85 km/h,平地行驶的实测速度均值分别为4.04、6.02和8.03 km/h,下坡行驶的实测速度均值分别为4.00、6.10和8.19 km/h,与对照组相比,在上坡、平地和下坡行驶时的速度均方根误差分别降低了46.63%、21.92%和37.15%,试验组上坡和下坡行驶的实测速度均值更接近目标速度。所提方法可有效提高无人驾驶拖拉机在起伏农田的稳速控制精度,有助于提高农机作业质量。     

理论换段点下HMCVT换段离合器转矩交接及控制

针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明：在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6～7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4～107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。     

室内工厂化水产养殖自动投饲系统设计与试验

为了提高室内工厂化水产养殖自动投饲系统定时、定量精度,并减少养殖过程中的饲料浪费,降低劳动强度,运用轨道传动、滑轨供电、超声波定位、无线通讯和计算机软件等技术开发了新型轨道式自动投饲系统。计算分析得,当选用HW100×100型钢制作轨道,以直径为0.06m的T型锻钢轨道轮、减速比为20:1的2级传动齿轮组和24V直流电机驱动系统行走时,电机功率需0.2kW以上,转速为2000r/min,输出扭矩要求0.58N.m以上。应用Solidworks软件设计了轨道式自动投饲系统样机,并进行了投饲量精度和定位误差性能测试试验,结果表明:该系统可以顺利完成自动启停与运行控制,其行走速度达到19m/min,定位误差在58～118mm范围内,料仓储料量20kg,投饲能力3kg/min,投饲量误差在0.5%～2.2%范围内。研究结果可为轨道式自动投饲系统设计与后续研究提供参考。     

Design and experiments of automatic feeding system for indoor industrialization aquaculture

为了提高室内工厂化水产养殖自动投饲系统定时、定量精度,并减少养殖过程中的饲料浪费,降低劳动强度,运用轨道传动、滑轨供电、超声波定位、无线通讯和计算机软件等技术开发了新型轨道式自动投饲系统。计算分析得,当选用HW100×100型钢制作轨道,以直径为0.06 m的T型锻钢轨道轮、减速比为20∶1的2级传动齿轮组和24 V直流电机驱动系统行走时,电机功率需0.2 kW以上,转速为2 000 r/min,输出扭矩要求0.58 N·m以上。应用Solidworks软件设计了轨道式自动投饲系统样机,并进行了投饲量精度和定位误差性能测试试验,结果表明：该系统可以顺利完成自动启停与运行控制,其行走速度达到19 m/min,定位误差在58～118 mm范围内,料仓储料量20 kg,投饲能力3 kg/min,投饲量误差在0.5%～2.2%范围内。研究结果可为轨道式自动投饲系统设计与后续研究提供参考。     

拖拉机液压机械无级变速箱效率特性的仿真与试验

为了对一种新型拖拉机液压机械无级变速箱的效率水平进行评估,该文对其满负荷及部分负荷下的效率特性进行了研究。基于SimulationX平台,该文构建了完整的变速箱传动模型,并通过台架试验对其进行了校准,从而确保了模型的可靠性。通过仿真分析,得出了传动效率与发动机转速、负载扭矩和速比的关系,并绘制了较为全面的效率图谱;指出了泵前齿轮副对变速箱效率的影响,从而使得基于效率进行变速箱的结构优化具备了理论上的可操作性。结果表明,该变速箱在HM2、HM4段负排量和HM1、HM3段正排量时存在功率循环,且变速箱的传动效率受到发动机转速和扭矩的双重影响,其在额定工况下的满负荷传动效率为81.5%。因此,该类变速箱的传动效率随工况波动较大,为了使拖拉机在给定的车速、负载水平下高效作业,必须合理匹配其速比与发动机转速的关系。该研究可为变速箱的结构优化及动力匹配提供理论依据。     

混合动力拖拉机动力耦合装置的研制

近年来,农用车辆特别是拖拉机对环境和资源造成的压力逐年增大,开展节能环保拖拉机特别是混合动力拖拉机的研发已成为迫在眉睫的重要课题,而动力耦合装置是混合动力拖拉机的核心。该文根据拖拉机工作特性和传动特性要求,对混合动力拖拉机动力耦合装置传动比、特征参数和齿数匹配等进行了设计。根据传动载荷需求和制造工艺要求进行了结构设计和强度校核,研制了适用于并联式混合动力拖拉机的动力耦合装置。在自行搭建的混合动力拖拉机试验台上对该耦合装置进行了测试。试验结果表明,该装置能够满足拖拉机工作状态下的工作特性要求,输出端转速对动力源的转速变化很敏感,实时变化性能优,而输出端转矩对动力源转速变化不敏感。该耦合装置的研制为混合动力拖拉机的研发提供了基础。     

采用双定子泵的多级恒功率调速系统回路特性分析与试验

传统恒功率调速系统的调节原理(转速与转矩的乘积必为定值)决定其无法满足转矩不变、输出不同转速的工况要求。为解决上述问题,采用双定子泵对其进行改进,对组成的多级恒功率调速系统性能与传统系统进行了对比分析,并搭建试验台进行了试验论证。结果表明,采用双定子泵组成的多级恒功率调速系统既具有传统系统适应恒功率工况的特性,传动效率可比普通定量泵系统提高7%,又能满足多级恒功率负载的工况。在工况要求转矩输出恒定的前提下,若要求马达输出多级转速,多级恒功率调速系统可以通过控制双定子泵的工作方式以较少的功率满足要求,而传统恒功率调速系统则只能采用节流调速的方式溢流掉一部分流量来满足要求,因此前者比后者减少了能量的损失。该研究既丰富了双定子泵的应用领域,也可为恒功率调速系统应用于农业机械并提高其工作效率提供参考。     

力平衡型多输入齿轮马达的转矩特性分析与试验

针对传统齿轮马达径向力不平衡、只能输出一种转矩和转矩脉动较高的问题,提出了力平衡型多输入齿轮马达。该马达在一个壳体内有内、外两种马达,可通过不同的连接方式实现4种定转矩和定转速的输出。通过对马达的输出转矩进行理论计算和试验,分析了马达在4种工作方式下的瞬时转矩及转矩脉动,结果表明,单个马达工作时的转矩脉动与啮合齿轮的齿数有关。多个马达同时工作时的转矩脉动与齿轮啮合点的位置及脉动周期有关,当3个内马达共同工作,内、外马达共同工作,内、外马达差动工作时,在内、外马达脉动周期相同的前提下,可调节啮合点的位置,分别使3个小齿轮的轮齿啮合位置相差1/3,内、外马达轮齿啮合位置相差1/2,内、外马达轮齿啮合位置相同,通过瞬时转矩的叠加,使输出合转矩的脉动最小。试验结果表明,在调节齿轮啮合点的位置后,相同工作方式下的转矩脉动程度明显减少,该研究为多输入马达的进一步研究提供了参考。