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1.007 0 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。     

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（Radio Frequency 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3.42 m时,运输机全程平均定位误差为6.18±0.60 cm;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。     

山地果园牵引式双轨运输机断绳制动装置设计与试验

针对山地果园牵引式双轨运输机存在钢丝绳松脱或断裂可能引发溜车事故等问题,研制了一种断绳制动装置,描述了载物滑车的总体结构及制动装置关键结构尺寸关系,分析了制动装置制动过程的运动规律。应用SolidWorks建立制动装置简化模型,然后倒入ADAMS/View中建立了制动装置和轨道横梁虚拟样机,虚拟制动试验确定了制动过程的动力学变化规律。动力学仿真与台架试验结果表明,该断绳制动装置的制动成功率为100%,随着装载质量的增大,制动杆与轨道横梁碰撞后的明显回弹次数逐渐减少;碰撞点的应力以及制动杆的回弹距离均随着回弹次数的增大而逐渐减小;仿真结果与试验结果相差极小,验证了仿真过程是正确的。该研究可为山地果园轨道运输机械的安全制动装置设计及后续优化提供参考。     

山地果园轮式运输机车架结构分析与优化

山地果园运输机是农业运输机械化的重要组成部分,车架作为汽车质量的支撑部件,决定了运输机结构合理及行驶安全。该文研究的山地果园轻简化轮式运输机车架属于发动机前置后驱形式,利用Pro/E软件建立三维模型,并导入ANSYS软件进行有限元模态分析。在通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值在合理范围内后,对车架模型关键部位进行载荷、约束等处理并进行有限元静态弯曲和应变力分析、车架有限元模态分析,及有限元前8阶模态振动变形分析。分析结果表明车架具备良好的强度和刚度特性,存在一定的优化空间。优化过程在满足车架强度和刚度要求的前提下,通过改变横梁布置结构并降低车架构件板厚的方式实现轻简化目的。优化结果为上车架体积减少20%左右,整个车架体积减少12.37%左右,使车架质量降低了12.4%,最大应力和最大变形远远小于屈服极限值,较好的达到了车架轻量化的优化目的。     

牵引式山地果园运输机驱动绳轮摩擦磨损

为探究牵引式山地果园运输机驱动绳轮系统的摩擦磨损机理,该研究首先利用Adams软件建立绳轮系统模型,在各因素水平允许范围内进行单因素试验,再进行台架试验分析不同因素对绳轮接触处摩擦磨损的影响。仿真模型计算结果表明,从连接负载端开始,各完整缠绕圈所在槽道受到的摩擦力沿钢丝绳方向呈现逐渐减小趋势,与多槽轮的磨损形貌分析结果一致,且槽道上容易发生的失效形式为塑性变形和微动磨损。单因素试验结果显示,圈数从2/3增加到4/5,受力最大处摩擦力减小48.66 %,各槽道受力标准差由102.97 N减小到46.53 N,受力更加均衡;多槽轮中心距越小或轮径越大,各完整缠绕圈的槽道受力越均衡;同一多槽轮上的槽距和槽壁角度对摩擦的影响很小。台架正交试验的多槽轮磨损率分析结果表明,较大的中心距,较小的预紧力,较多的圈数可以缓解磨损。研究结果可为后续对驱动绳轮系统的优化提供参考。     

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     

三明市山地果园生态脆弱性与生态果园建设研究

论述了三明市山地果园生态系统自然条件脆弱性特征 ,剖析了盲目开发种植、低标准建园、粗放管理导致山地果园水土流失 ,生态环境恶化的原因。讨论了生态果园建设发展方向 ,提出了三明市生态果园建设技术措施     

山地果园梯田套种绿肥效益初探

水平梯田并套种绿肥作物可以有效地降低土壤侵蚀量,对提高土壤中有机质、全氮、全磷、全钾的含量都有积极作用,同时能降低果园地表温度,增加空气湿度,有利于果树生长。     

山地果园渗灌与大水漫灌对比试验

果园渗灌与大水漫灌对比试验结果表明 ,大水漫灌年用水 2 970～ 44 5 5t/hm2 ,公顷次平均土壤冲刷量10 .2 6m3 ,折算年侵蚀模数 2 65 2t/km2 ,而渗灌年用水量仅 13 2 0～ 1980t/hm2 ,不产生水土流失 ,水保效益显著 ,且能提高果品的产量和品质 ,减少管理用工 ,每公顷平均可增加效益 4840元     

山地蕉无人机自主吊运装置研制

针对目前山地蕉采后运送作业主要依靠人工背运,存在劳动强度大、人力成本高、果实容易损伤以及易发生安全事故等问题,该研究设计了一种山地蕉无人机自主吊运装置,能够实现无人机山地蕉吊运过程中对果轴的自主抓取和卸载,减少人工参与,保障作业人员安全。基于测定的山地蕉蕉穗形态特征参数设计抓取机构、吊具、导向机构以及连接件等,并通过SOLIDWORKS软件建立装置的三维模型,同时搭建了上下位机通讯系统。基于ANSYS Workbench软件的显式动力学分析（explicit dynamics）、静磁分析（magnetostatic）对吊运装置的关键零部件进行仿真和理论计算,确定满足使用要求的电磁铁与舵机型号及参数。室内试验表明,装置的果轴平均抓取成功率为92.59%,果轴平均卸载成功率为96%,平均吊运成功率为88.89%,抓取与卸载的平均耗时分别为63.8和20.8 s/次。无人机搭载吊运装置进行田间试验,平均吊运成功率83.33%,抓取与卸载平均总耗时90.8 s/次,平均吊运速度0.99 m/s,是人工背运速度（0.17～0.33 m/s）的3倍以上,且由于蕉穗悬空在吊运装置下方不与其他物体接触从而不会对果指造成损伤,满足无人机自主吊运山地蕉的作业需求。研究结果可为快速、低损、安全的无人机山地蕉吊运装置设计提供参考,促进香蕉产业的高质量发展。     

1KS60-35X型果园双螺旋开沟施肥机刀轴设计与试验

针对目前果园开沟施肥存在耕作阻力大、功耗过高、搅肥不均匀,该文研制了1KS60-35X果园型双螺旋施肥机,采用前轴破土、后轴搅土施肥设计方案,并建立作业过程破土与搅土刀轴阻力矩方程,分析了螺旋叶片参数对耕作阻力影响,进一步研究了螺旋刃线成型参数方程,通过经验设计与理论设计计算确定破土与搅土施肥轴螺旋叶片参数,并运用PROE软件建立刀轴与整机三维参数化数字模型,并完成样机试制工作。样机的开沟、施肥田间试验结果表明,该机开沟沟深472~510 mm,平均沟深496 mm,平均推土高度120 mm,开沟深度稳定系数98.2%,开沟宽度一致性99.2%;土壤团粒直径多在3~6 mm之间,全土层与地表100 mm土层团粒直径范围5~40 mm,取样结果全土层与地表100 mm土层土壤团粒平均直径分别为6.75与6.86 mm,碎土合格率分别为98.7%与97.9%;颗粒肥料堆积现象较少,重心距离5~20 mm之间,重心水平与垂直平均距离分别15.53与16.24 mm,且各土层段施肥性能较稳定,满足果园施肥农艺要求,可为果园、桑园、茶园等开沟施肥作业提供参考。     

SF2104拖拉机自主行驶与作业控制方法

针对农业机械无人化作业的应用需求,该研究基于SF2104动力换向线控底盘拖拉机和全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS),研发了拖拉机自主行驶与作业控制系统。该系统针对田内直线作业与地头转弯,采用分层控制思想,将控制系统划分为规划层、控制层和执行层。规划层生成U形转弯所需的路网数据,控制层进行拖拉机横向控制、速度控制、转弯控制、机具升降控制、当前路径更新及终止作业等行为决策;执行层负责以上行为的配置执行。拖拉机挂载深松机进行深松作业,并与有人驾驶深松作业进行对照。结果表明,拖拉机自主行驶与作业控制系统横向偏差的平均标准差为4 cm,平均作业速度及其平均标准差分别为1.66和0.09 m/s,稳定作业时发动机转速的平均标准差为7.9 r/min,平均机具位置的极差为23.8,均优于有人驾驶。该研究初步实现了拖拉机的自主行驶与作业,有助于解决农村劳动力紧缺问题。     

基于ANSYS的农机底盘驱动桥壳可靠性分析

为提高农机底盘关键零部件的可靠性,以4LZ-2稻麦联合收割机经改进后的驱动桥壳为研究对象,分别对驱动桥壳在最大垂向力、最大牵引力、最大制动力和最大侧向力4种典型工况下的强度和刚度可靠性进行了研究。基于ANSYS/APDL参数化设计语言建立驱动桥壳参数化模型,并依据可靠性干涉原理建立了驱动桥壳强度和刚度可靠性模型;将驱动桥壳的几何尺寸、载荷、材料强度等设为服从正态分布和均匀分布的随机变量,运用ANSYS概率设计模块和Monte-Carlo抽样法,对驱动桥壳的可靠性进行仿真分析,得出驱动桥壳在最大垂向力和最大侧向力2个工况下可靠行较差;通过参数灵敏度分析可知,当动载荷系数、满载轴荷和最大牵引力增大时,驱动桥壳趋于失效状态;当材料强度、左右板簧座间距和半轴套管大端直径增大时,驱动桥壳将趋于更加可靠。该研究方法与结果可为农机底盘驱动桥壳等关键零件的精益设计提供理论指导。     

电驱式小区玉米膜上直插穴播机的研制与试验

为解决西北地区制种玉米机械化播种问题,针对制种玉米播种条件和农艺要求,设计了电驱式小区玉米膜上直插穴播机。重点对构成该机的核心部件前进速度补偿机构、限深机构、后轮高度调节机构等进行了设计、仿真。前进速度补偿机构是由转动导杆机构驱动平行四杆机构进行机具前进速度补偿来实现成穴器入土播种和出土期间水平位移差接近零;限深机构可保证穴播机播深合格率;后轮高度调节机构可根据平铺膜和垄作铺膜前轮与后轮的行走情况使机器保持水平,非作业时升高后轮可避免鸭嘴接触地表或撕裂地膜。并进行了大田试验,试验结果表明:前进速度补偿机构运行平稳可靠、振动较小,驱动的排种器鸭嘴插膜口小,穴孔和膜孔无错位,播深合格率较高;整机空穴率为1.1%,穴粒数合格率为93.2%,膜下播种深度合格率为90.1%,三项核心指标均达到了NY/T987—2006《铺膜穴播机作业质量》标准的指标;膜孔合格率为98.5%,可满足制种玉米播种的农艺技术要求和玉米播种机的基本作业质量标准要求。     

大面积果园高架长叶片防霜机的效果试验

为了验证防霜机能否对果园上方空气进行物理扰动、消除近地层逆温,基于自主研究设计的国内首台高架长叶片防霜机,利用2013年10月19-21日强降温过程中的对比试验观测数据及分析,对该防霜机防霜冻效果进行了评估。结果表明:在逆温条件下,一套功率为120 kW,高度为8.5 m,风叶直径为6 m的高架防霜机扰动混合环境内上下层空气使得保护区内逆温现象消失,近地层1~3 m增温明显,防霜机保护区内相对湿度减小较快,有效防止霜冻形成;20 m左右是防霜机的强风速扰动影响区,距离地面3、2、1 m处风速分别为4.0、2.1、1.6 m/s。防霜机有效保护范围为水平20~100 m,在其范围内空间1~3 m的风速随水平距离的增大呈波动减少趋势;每台防霜机的有效保护面积为1.73~3.07 hm2。该文研究为科学高效的人工防御霜冻灾害和防霜机的技术推广提供参考。     

旋转回归设计在农机试验中的应用

提出采用多因素旋转回归设计的方法进行农机优化设计和调整,并以Ｓ１９５柴油机为例,介绍了五因素二次正交旋转回归试验在农机优化调整中的具体应用,建立了该柴油机的功率、油耗随供油提前角、气门间隙、最高空转转速、喷油开启压力和气缸压缩压力而变化的数学模型,指出了内燃机调整应根据使用后技术状态变化情况而进行。     

小型果园升降作业平台的设计与试验

针对南方丘陵山区水果生产中采摘、疏花等作业环节劳动强度大、机械设备少、人工作业效率低,已有设备在丘陵山区作业时通过性不强、易失稳等问题,设计制造了一种小型履带自走式剪叉升降作业平台,该机器具有较小的底盘尺寸,能够控制回转支承进行方位调节,通过液压油缸实现升降、角度调整,使得载人工作台可调平,以提高机器稳定性能。对样机进行了模拟工作环境下的爬坡角度、转弯半径、调平以及倾翻稳定性能测试,相关指标达到了设计要求。结果表明,样机可升降高度1.2 m,最大行驶速度0.25 m/s,最小转弯半径0.75 m,不同负载和升降高度下平台的坡地静态倾翻角集中在(15°~30°)之间等,满足了工作要求。同时,样机外形尺寸较小,操控简便,适合南方果园种植模式和使用要求。