CAN总线在拖拉机检测线中的应用设计

该文设计了一套基于CAN总线的拖拉机检测线数据采集系统,解决了目前检测线布线复杂、可靠性低、不适于联网的问题。系统由5个CAN节点组成,分别进行各个检测工位的测试,主控PC机采用PC-CAN适配卡与各个节点通信。完成了CAN节点、PC-CAN适配卡的软、硬件设计和整个系统的调试工作。     

拖拉机-半挂车机组制动性能检测仪的研制

介绍了一种新型小型拖拉机－半挂车机组制动性能检测仪器。该仪器上机械和电子两部分组成,电子显示器直接显示左右轮制动力矩,可精确到０．１Ｎ．ｍ实验和实际作用表明,能满足小型拖拉机－半挂车机组在野外实地检测,调整的要求。     

拖拉机─半挂车机组制动性能检测仪的研制

介绍了一种新型小型拖拉机－半挂车机组制动性能检测仪器。该仪器由机械和电子两部分组成,电子显示器直接显示左右轮制动力矩,可精确到０．１Ｎ·ｍ。试验和实际使用表明,能满足小型拖拉机－半挂车机组在野外实地检测、调整的要求。     

基于虚拟仪器技术的声强法识别拖拉机噪声源

识别拖拉机主要噪声源是解决拖拉机噪声问题的首要条件，利用声强法能有效地识别拖拉机主要噪声源。基于虚拟仪器LabVIEW，建立了一套神牛SN250拖拉机噪声信号测试系统，可对拖拉机噪声信号进行测定，并利用声强方法进行噪声频谱分析和声源识别，以分析拖拉机的主要噪声来源。结果表明：所建立的测试系统可满足工程精度要求，能有效识别拖拉机主要噪声来源；排气噪声、发动机散热风扇噪声及发动机机罩振动噪声为拖拉机主要噪声源，声强级分别为106dB、104dB、104dB；排气噪声是驾驶室内主要噪声来源。因此，解决该拖拉机噪声问题须首先降低排气噪声、发动机散热风扇噪声和发动机机罩振动噪声。     

考虑无形磨损的拖拉机残值系数预测模型

针对当前随着农机设备更新速度加快,无形磨损对农机折旧影响加重的问题,该文在传统拖拉机残值系数预测模型的基础上引入无形磨损系数,构建了考虑无形磨损的拖拉机残值系数预测模型。以来自于农机服务中心农机及农具拍卖结果的25台拖拉机拍卖数据为研究样本,以机龄、年平均工作时长、无形磨损系数为变量参数,分析其价值变化规律;同时,为了进一步综合对比改进模型与原模型的残值系数预测精度,引入基于几何学的"弗雷歇距离"度量法。结果表明,改进模型与原模型相比,预测偏差较小,预测精度大幅度提高,达到24.9%及以上,能够显著地提高拖拉机残值预测准确度,该研究为折旧成本的计算和农机设备的更新决策提供了科学、准确的决策依据。     

基于sigmoid滤波器的永磁轮毂电机自抗扰控制

相比燃油拖拉机,电动拖拉机具有节能高效、绿色清洁的优点。分布式驱动电动拖拉机结构简单、控制维度多,能进一步提高电动拖拉机的工作效率和作业精度。但是电机检测转速噪声导致轮毂电机速度波动严重,复杂路面及多种作业工况下进一步加剧了上述问题,严重降低了拖拉机的作业质量。针对上述问题,该研究提出一种基于sigmoid滤波器的线性自抗扰控制（linear active disturbance rejection control,LADRC）以提高轮毂电机的转速稳定性和抗扰动能力。该控制策略在传统LADRC的基础上引入sigmoid滤波器至扩张状态观测器（extended state observer,ESO）,根据输入噪声信号误差变化改变滤波器带宽,以抑制观测误差中的中高频干扰信号,同时避免滤波器积分环节对轮毂电机速度跟踪快速性的影响,具有较快的收敛性。搭建试验平台对所提出控制策略进行试验验证,结果表明：与传统LADRC策略相比,本文所提控制策略在变速和变载工况下的转速脉动分别减小了32%和41.67%,i_q电流脉动分别减小了6.25%和4.17%,可在快速、准确跟踪给定转速的同时,显著提高轮毂电机驱动系统的噪声抑制性能,为复杂环境下电动拖拉机高精度作业提供技术参考。     

拖拉机液压伺服提升自动称重装置的试验分析

为提高拖拉机利用率,在奔野—250拖拉机前部设计、安装了一套液压伺服提升自动称重装置。试验测定表明该装置,具有较高的称重精度,装置结构设计合理,工作原理正确。但结构复杂,使用维护要求较高。     

面向复杂田间收获作业的轻量化三七目标检测方法

针对目前三七检测算法在复杂田间收获工况下检测精度低、模型复杂度大、移动端部署难等问题,该研究提出一种基于YOLOv5s的轻量化三七目标检测方法。首先,采用GSConv卷积方法替换原始颈部网络的传统卷积,引入Slim-neck轻量级颈部网络,降低了模型复杂度,同时提升了模型精度;其次,使用ShuffleNetv2轻量型特征提取网络对主干网络进行轻量化改进,提升了模型实时检测性能,并采用角度惩罚度量的损失（SIoU）优化边界框损失函数,提升了轻量化后的模型精度和泛化能力。试验结果表明,改进后的PN-YOLOv5s模型参数量、计算量、模型大小分别为原YOLOv5s模型的46.65%、34.18%和48.75%,检测速度提升了1.2倍,F₁值较原始模型提升了0.22个百分点,平均精度均值达到了94.20%,较原始模型低0.6个百分点,与SSD、Faster R-CNN、YOLOv4-tiny、YOLOv7-tiny和YOLOv8s模型相比能够更好地平衡检测精度与速度,检测效果更好。台架试验测试结果表明,4种输送分离作业工况下三七目标检测的准确率达90%以上,F₁值达86%以上,平均精度均值达87%以上,最低检测速度为105帧/s,实际收获工况下模型的检测性能良好,可为后续三七收获作业质量实时监测与精准分级输送提供技术支撑。     

基于轻量级SSD模型的夜间金蝉若虫检测

为实现夜间树上金蝉若虫的快速准确检测,该研究以自然环境图像数据集为研究对象,结合近距离实际应用场景,考虑到嵌入式系统的模型小型化和计算过程轻量化,在保持精度指标基本不变的前提下,基于适度削减模型深度、宽度的思路对已有目标检测网络MobileNet-SSD提出改进。具体措施包括：删除骨干网络末端的小尺寸特征图卷积层,逐级裁剪模型整体宽度、适当增加中高层卷积深度,在目标检测的分类层和预测框的回归层中使用深度可分离卷积代替传统3×3卷积等措施,先后获取3种改进的精简模型以进行比较。夜间图像测试结果表明,在基本保持网络性能的前提下,改进后的模型大小及计算量均呈现大幅减小,其中最优模型大小从原MobileNet-SSD的15.22 MB减少到1.51 MB,模型的浮点运算量也由原先的1.13×109减少到1.26×108,其平均准确率达90.46%,平均交并比达83.52%,F1分数达92.35%,GPU上的检测速度达179.3帧/s,CPU上的检测速度达到6.49帧/s,与改进前的模型相比具有更好的综合性能,白天图像的试验结果也显示出较好的泛化性能。该文提出的改进模型在大幅减少模型大小及其计算量的同时使模型性能保持在一个较高的水平,更适合部署在移动终端等资源受限设备上,可为金蝉的人工养殖提供有益参考。     

东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统

该文在东方红X-804拖拉机上开发了基于RTK-DGPS的自动导航控制系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、导航控制器、转向操纵控制器、电控液压转向装置和转向轮偏角检测传感器。其中转向操纵控制器、转向轮偏角检测传感器和电控液压转向装置构成转向轮偏角的闭环控制回路,该回路可根据导航控制器提供的期望转向轮偏角实现偏转角的随动控制。将拖拉机运动学模型和转向操纵控制模型相结合,建立了拖拉机直线跟踪的导航控制传递函数模型,模型的输入是横向跟踪误差,输出是期望的转向轮偏角。设计了基于PID算法的导航控制器,仿真分析了系统稳定性和动态响应性能,确定了PID控制参数的较佳取值。针对东方红X-804拖拉机转弯半径大的特点,采用跨行地头转向控制方式,提出了具体的控制流程及算法。田间试验结果表明：采用所设计的DGPS自动导航控制系统,在拖拉机行进速度为0.8 m/s时,直线跟踪的最大误差小于0.15 m,平均跟踪误差小于0.03 m,所提出的跨行地头转向控制方法对试验拖拉机具有良好的适用性。     

Computer Simulation of Tractor Single-point Drawbar Performance

A computer algorithm has been developed to predict single-point drawbar performance of a tractor taking into account all the necessary variables during field operation. The performance of tractor–implement system with a single-point hitch involves the effect of a number of variables on the whole tractor–implement–soil system. Considering all these, the developed computer algorithm is able to predict the performance of whole operation. This model is capable of determining the maximum pull available in the given field condition and matches the performance of trailed implements, such as a disc harrow and two-axle trailer. The model was able to predict maximum load and slope climbing ability of tractor with single- and two-axle trailers under different conditions. It was predicted by the model that the maximum pull developed by a tractor is limited by gross traction in the soft soil whereas it was limited by the power available from the tractor in hard soil. The longitudinal stability of the tractor taken for analysis varied with hitch point position. Appropriate determination of disc harrow performance was possible using the developed model.     

基于实际作业工况的拖拉机能效评价

为深入了解拖拉机实际作业的能效情况,该研究提出基于实际作业工况的拖拉机能效评价方法,对拖拉机整体能效进行全面度量。基于距离最短分区原理,通过K-means聚类与成对比较矩阵方法进行拖拉机发动机常用工况点提取;通过对186台162 kW的拖拉机能效分析,提出拖拉机能效等级划分标准,确定能效限值和各级能效比限值,并对不同作业环节的平均能效进行分析。研究结果显示:拖拉机发动机实际8工况点和ISO稳态8工况点区别较大;不同拖拉机能效差异较大,50%的拖拉机能效值分布在3.20～3.65 (kW·h)/kg区间;162 kW拖拉机实际能效合格限值为3.07 (kW·h)/kg;拖拉机不同作业环节的平均能效值差异大,旋耕作业的平均能效值最高,行走模式最低。研究结果可为发动机节能减排技术升级提供数据基础,也可为农机节能考核、与绿色化作业水平挂钩的应用补贴方法研究等提供参考。     

无级变速拖拉机智能变速规律的研究

针对无级变速拖拉机经济性和动力性变速规律只能以固定模式控制拖拉机工作状态的局限性问题,以实现拖拉机瞬态过程的动力性和稳态过程的经济性为目标,建立基于驾驶员操作意图模糊推理的智能变速规律,并可实现瞬态动力性到稳态经济性的平稳过渡,使拖拉机获得最佳的综合性能,为开发智能化无级变速拖拉机提供理论依据。     

基于多性能目标的拖拉机运输机组优化设计

拖拉机运输机组总体参数的设计目标多元,约束条件复杂,传统经验法和单目标优化法难以使机组综合性能达到最优。该文以机组动力性、牵引点受力情况、附着性能和经济性最优为目标设计了目标函数;通过分析拖拉机运输机组动力学模型,确定了优化参数;通过研究拖拉机运输机组使用性能,制定了约束模型;采用改进型非支配排序遗传算法,导出了拖拉机运输机组总体参数多目标优化算法。以东方红150拖拉机运输机组为实例,优化了原有拖拉机和挂车的重力参数、质心位置和变速器传动比。设计试验与已有单目标优化方案和原始机组对比,结果为:运输Ⅰ挡和运输Ⅱ挡下,最大爬坡度分别提高1.35%、1.68%和1.38%、0.57%;牵引点受力分别减少1 222、703和2 792、2 125 N;驱动轮最大滑转率更接近特征滑转率;燃油消耗量分别下降12.9%和15.8%;改善了机组动力性、牵引点受力、附着性能、经济性,可为拖拉机运输机组配重方案和总体参数设计提供参考。     

4UFD-1400型马铃薯联合收获机的研制

针对目前国内条铺式马铃薯挖掘机存在的人工拣拾薯块费工费时、效率低等突出问题,研制了一种44～58.8kW拖拉机半悬挂式中型马铃薯联合收获机。该机主要由仿形碎土装置、挖掘装置、土薯分离输送装置、薯秧分离装置、薯块输送、分级、装袋装置、传动系统、液压操纵装置以及机架、地轮等部分组成,幅宽1400mm,纯工作时间生产率0.3～0.5hm2/h,可一次完成马铃薯挖掘、土薯分离、茎秆、杂草及地膜分离、薯块输送、分级、装袋等作业,收获过程耗用人工少,显著提高了生产效率。田间收获试验表明:该机对旱地尤其是全覆膜旱地马铃薯的收获质量好,土薯分离、茎秆及地膜分离良好,损失率、伤薯率、含杂率分别小于1.38%、4.2%和3.42%。适用于土质松软、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的联合收获。     

小四轮拖拉机附加驱动叶轮的研究

附加驱动叶轮是为提高8.8～11 kW小四轮拖拉机旱地犁耕作业时附着性能而研制的。对驱动叶轮的几个主要参数的确定进行了探讨，并在休闲地中进行了牵引性能对比试验。结果表明，附加驱动叶轮后拖拉机的牵引功率提高了19.3%，牵引效率提高了19.4%，滑转率在20%以下时，挂钩牵引力达4 000 N，完全满足土壤比阻在56 kPa以下的旱地深耕需要，为小型轮式拖拉机广泛用于农田作业提供了一条新的途径。     

犁旋一体机自动调平系统设计与试验

为了解决犁旋一体机作业过程中调节机具问题,设计了一种犁旋一体机自动调平系统,该系统包括执行机构、控制系统、液压系统。根据犁旋一体机自身的特点,提出了一种确定调平角度范围的方法,并根据实际田间作业情况,运用EDEM仿真软件进行田间作业的虚拟仿真,仿真结果表明:地表平整度小于2 cm,满足农艺要求。在设计和仿真的基础上,进行田间试验,将手动调平的犁旋一体机的作业情况和自动调平的犁旋一体机的作业情况进行对照,分析了作业过程中机具的角度变化和作业后的耕深及其稳定性,地表平整度。结果表明:自动调平犁旋一体机相对于手动调平犁旋一体机,在耕深的稳定性和耕后地表平整度上有较为明显的提高,前者耕深稳定系数达到87.31%,后者为84.76%。前者地表平整度为1.97 cm,后者为2.56 cm。     

基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法

针对速度因素对拖拉机自动导航系统稳定性的影响,提出了基于横向位置偏差和航向角偏差的双目标联合滑模控制方法,在建立两轮拖拉机-路径动力学模型和直线路径跟踪偏差模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行整体系统仿真,验证了控制方法的可靠性;以雷沃TG1254拖拉机为载体搭建了自动导航控制系统田间试验平台,分别在定速和变速条件下,进行了拖拉机直线路径跟踪控制的田间试验;分析了不同速度条件下的动态跟踪控制效果,验证了设计的自动导航控制系统的稳定性和控制精度。试验结果表明:在拖拉机田间作业常见的定速直线行驶工况下,采用基于速度自适应的双目标联合滑模控制方法,拖拉机直线路径跟踪控制的横向位置偏差最大值为10.60 cm,平均绝对偏差在3.50 cm以内;航向角偏差最大值为3.87°,平均绝对偏差在1.70°以内;在进入稳态以后,前轮转向角最大摆动幅度为3°,摆动标准差为0.80°。结论表明,该文提出的基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统,能基本实现不同速度下的直线路径自动跟踪控制。     

丘陵山地轮式拖拉机车身调平系统设计与物理模型试验

为解决丘陵山地拖拉机在复杂工况下作业时车身难保水平、容易倾翻等问题,该文设计了一种新型拖拉机车身调平系统。基于数字化虚拟样机技术建立了具有该调平系统的丘陵山地拖拉机多体动力学模型,并对其进行了运动学和动力学仿真分析。运动学仿真分析结果表明,山地拖拉机车身调平系统结构能够实现调平运动且工作部件之间不发生干涉现象;通过动力学仿真分析得到车身调平系统中各个油缸以及关键零部件的动态受力和扭矩等关键数据,结果表明各部件受力能够满足强度以及刚度要求,证明了所设计的丘陵山地拖拉机车身调平机构的正确性。设计并搭建了具有调平功能的模型车体试验台,通过试验与仿真对比分析,最大误差为15%,最大平均误差为10.20%,验证了拖拉机车身调平系统仿真方法具有较高的精度,为拖拉机车身调平系统的设计提供了有效的理论支撑。