基于虚拟样机的果园升降平台仿真分析

果园升降平台经过半个多世纪的发展,自动化程度日渐提高,但在坡地作业实现平台的自动调平依旧是一大难题。为提高平台作业性能,在Pro/E中建立了果园升降平台三维模型,并导入ADAMS中,通过添加约束和驱动,利用虚拟样机模型测试升降油缸的受力并优化升降油缸的安装位置,分析了作业平台运动过程偏移角的变化。同时,利用AMESim对升降平台液压系统进行仿真,分析自动调平系统的可行性,为果园升降平台的设计提供了理论支持。     

基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统设计与试验

针对刚性支腿调平装置灵活性差、调平耗时长等问题,设计了一种基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统,该系统主要包括三轴六轮车辆底盘、惯性测量单元、控制系统和液压系统。通过悬架互联方式将悬挂作动油缸对车载稳定平台的六点支撑结构等效转换为三点支撑结构,采用“中心不动”调平算法对三支撑点高度进行调节,从而实现对车载稳定平台的调平控制。为验证所设计调平系统的可行性,试制了车载稳定平台样机,并进行了驻车调平和行车调平试验。驻车调平试验包括基于本文设计的调平系统调平试验和基于样机自带的刚性支腿调平装置的调平试验,行车调平试验包括过单边桥调平试验和过双边桥调平试验。结果表明,在驻车调平试验中,采用本文设计的基于主动悬挂的调平系统进行调平,平台俯仰角由2.5°调至水平状态约需5.5s,调平精度为0.1°,相比刚性支腿调平装置,在调平速度和调平精度方面具有明显优势;在行车调平试验中,过单边桥调平时,平台侧倾角最大误差为0.58°,过双边桥调平时,平台俯仰角最大误差为0.55°,行车调平过程中平台倾角变化误差较小,可基本满足实际使用要求。所设计的基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统不仅能保证车载稳定平台驻车调平时的调平速度和调平精度,而且能实现在行车过程中边行走、边调平的功能。     

水田复式整地机自动调平装置的设计与研究

为解决传统水田复式整地机需手动控制、驾驶员工作强度大、工作效率低等问题,研制了水田复式整地机的自动调平控制系统,适用于水田粗整地、整平地。采用水平传感器获取复式整地机机架的倾角姿态,控制器为STC12C5A60S2型芯片,通过调节脉冲宽度控制三位四通电磁阀,实现液压油流向的变换,用安装在整地机侧面的调平液压油缸实现整地机机架的自动调平。对自动调平控制系统进行了田间试验验证表明,该系统满足水稻插秧的农艺要求。     

果园升降平台自动调平控制系统设计

针对目前丘陵山区果园作业生产中采摘、运输等升降平台通过性不强、调平不稳定等问题,设计一种自动调平果园作业升降平台调平控制系统。设计平地作业和坡地作业两种工作模式,平地作业时升降平台利用自身平行四边形结构实现升降平台平稳升降;坡地作业时机器通过两级调平模式实现精准调平;通过仿真分析确定一级调平误差为2°以内,为二级调平设定界限。根据升降平台几何结构关系,通过位移传感器测量调平油缸伸长量实时调整升降平台倾斜度实现一级调平;调平误差达到二级调平允许范围内利用角度传感器通过模糊PID控制系统进行二次调平实现精准调平。对试验台进行调平性能测试,试验结果表明:在不同负载和爬坡角度下升降平台一级调平误差均在2°以内,经过二次调平以后升降平台最终误差在0.5°以内,调平响应快,调平性能好,操控简便,适合丘陵山区果园作业环境。     

农田平地机激光发射平台调平控制系统设计

为使农田平地机双源激光定位系统的激光发射平台检测数据更精确、调平实时性更好,设计了激光发射平台自动调平控制系统。该系统采用三脚支撑的平台支撑方式,利用倾角传感器检测平台的倾斜度,通过步进电机驱动平台3条支腿伸缩从而实现平台调平。通过加入倾角传感器数据处理算法和基于RBF神经网络的智能PID控制算法,激光发射平台检测的数据更精确,能满足双激光源定位系统的要求,使农田平地机平地作业更精确。     

果园升降平台调平机构建模与仿真

为实现对果园升降平台的自动调平控制,设计了一种基于平面连杆双向主动调节的液压调平机构,提出了平台角度调平的控制策略,构建了液压调平机构运行控制的数学模型,并采用虚拟样机技术建立了联合仿真控制模型。调平试验结果表明:模型在平台角度、供油压力、液压缸位移和速度的响应基本一致,说明构建的数学模型能够准确描述调平机构的参数变化;机构调平控制过程中,角度跟踪误差小于0.5°,能够满足坡度角在2 0°以内的作业稳定性要求。     

履带式联合收获机全向调平底盘设计与试验

针对履带式联合收获机在不平坦地表作业时,车体随地形起伏而倾斜,造成作业效率降低、驾驶员舒适性变差、安全性降低的问题,设计了一种履带式联合收获机全向调平底盘。该底盘由上架、下架、升降机构和电液控制系统组成,可实现联合收获机底盘倾斜时的自动与手动调节,纵向调节范围为-5°~7°,横向调节范围为-6.5°~6.5°,底盘最大提升高度为130mm。阐述了全向调平底盘的工作原理、电液控制系统结构与调平控制策略,进行了针对底盘性能的静态与动态调平的验证试验。静态调平试验对底盘前最低、后最低、左最低、右最低、左前最低、右前最低、左后最低、右后最低8种倾斜状态进行调平,结果表明,自动调平系统最长调节时间为8.2s,平均调节时间4.2s,倾斜度调节误差最大值为0.67°。动态调平试验针对自动调平控制、手动调平控制和固定地隙调平控制3种调平控制模式,进行了坡地、畦沟田块、水田等地形下的调平对比试验。在坡地与畦沟田块试验中,自动调平控制模式可以改善底盘的倾斜状态,提高底盘的稳定性;手动调平控制模式有一定的调节作用,但调节稳定性较差。在水田试验中,自动调平控制模式调平效果优于坡地与畦沟田块,说明在地形起伏较小的条件下,自动调平控制系统调平效果更好。动态调平试验表明,自动调平系统可以减小底盘倾斜度,提高底盘稳定性,增强联合收获机对不平坦地表的适应性。     

履带式联合收获机全向调平底盘设计与试验

针对履带式联合收获机在不平坦地表作业时车体随着地形起伏而倾斜,造成作业效率降低、机手驾驶舒适性差、安全性低等问题,设计了一种履带式联合收获机全向调平底盘。该底盘由上架、下架、升降机构和电液控制系统组成,可实现联合收获机底盘倾斜时自动与手动调节,纵向调节范围为-5° ～7°,横向调节范围为-6.5° ～6.5°,底盘最大提升高度为130 mm。阐述了全向调平底盘工作原理、电液控制系统结构与调平控制策略,开展了针对底盘性能的静态与动态调平验证试验。静态调平试验对底盘前最低、后最低、左最低、右最低、左前最低、右前最低、左后最低、右后最低8种倾斜状态进行调平试验,结果表明,自动调平系统最大调节时间为8.2 s,平均调节时间4.2 s,倾斜度误差最大值为0.67°。动态调平试验针对自动调平控制、手动调平控制和固定地隙调平控制3种调平控制模式进行了坡地、畦沟田块、水田等地形下的调平对比试验。在坡地与畦沟田块试验中,自动调平控制模式可以改善底盘的倾斜状态,提高底盘的稳定性,手动调平控制模式有一定的调节作用,但调节稳定性较差。在水田试验中,自动调平控制模式调平效果优于坡地与畦沟田块,表明在地形起伏较小的条件下,自动调平控制系统调平性能更好。动态调平试验表明自动调平系统可以减小底盘的倾斜度,提高底盘的稳定性,增强联合收获机对于不平坦地表的适应性。     

基于单片机的农药喷洒机械自动调平系统设计

设计一套基于单片机STC89C51的农药喷洒机械自动调平控制系统,使安装在机械车上的农药喷洒装置在不平整的农田或山地作业时,始终能水平地喷洒农药。系统采用倾角传感器进行倾斜检测,再经单片机控制电路,最终由三位四通电磁换向阀控制液压缸完成自动调平。该系统对提高农药的利用率、降低农作物生产成本起着积极地推动作用。     

旋耕机自动调平系统设计与试验

由于农田田面坑洼不平,拖拉机在田间工作过程中左右轮不在同一水平面上行走,导致通过拖拉机三点悬挂机构挂接的旋耕机随着拖拉机的倾斜而倾斜。旋耕机倾斜作业不仅破坏农田硬底层,还影响旋耕机的耕后平整度和耕深等旋耕性能指标,导致旋耕作业效果差、作业效率低。设计了一种旋耕机自动调平系统,由旋耕机构、调平支撑架、液压系统和自动调平控制系统组成。调平支撑架前端与拖拉机三点悬挂机构连接;旋耕机构通过销轴悬挂于调平支撑架后下方;调平油缸一端与调平支撑架侧边铰接,另一端与旋耕机构铰接,通过调平油缸的伸缩实现旋耕机构相对于调平支撑架的左右上下摆动。自动调平控制系统根据拖拉机横滚角度控制电磁换向阀驱动调平油缸伸缩调节旋耕与调平支撑架的相对角度,即旋耕机构与拖拉机的相对角度,通过直线位移传感器测量调平油缸的伸长量,利用旋耕机与调平支撑架的几何关系实现旋耕机构的自动调平闭环控制,使旋耕机始终保持期望的角度进行旋耕作业。对自动调平旋耕机和无调平功能旋耕机在有垄菜田进行了试验,利用水准仪采集试验前后田块地表平整度数据,2台姿态传感器分别采集拖拉机倾角和旋耕机倾角信息,分析了2种旋耕机作业后的平整度和耕深两旋耕性能指标,以及旋耕机自动调平控制系统的性能,结果表明：自动调平旋耕机相对于无调平功能旋耕机耕后地表横向平整度显著提高,前者耕后垄面横向最大高差为1.9cm,后者达9.8cm;自动调平旋耕机横向耕深稳定,耕深横向最大高差为1.8cm,而无调平功能旋耕机耕深横向最大高差达9.7cm。     

丘陵山区果园作业平台的设计与试验

为解决目前丘陵山区修剪果树和采摘果实主要靠爬树、登梯容易造成失稳及现有机械不能自动调平的问题,设计了丘陵山区果园作业平台。经计算和分析,确定该机配套动力为13.2k W小四轮拖拉机,采用静液压三角形调平机构和180°回转结构,可实现工作平台的自动调平和回转。对升降平台进行性能检测,结果表明:其工作性能稳定,最大承载质量150kg,最大提升高度1.5m,回转转速0.1r/min,升降速度0.1m/s,水平面、10°和2 0°坡面上调平误差均在0°~3°范围内,满足设计要求。     

农机具自动调平现状及趋势分析

针对目前我国农机具作业地形的多样性与复杂性,讨论自动调平技术在农机具作业过程中的重要作用,介绍国内外自动调平技术的发展进程及在农机具方面的应用,就硬件与软件包括检测装置、控制器、执行机构、控制策略及控制算法五方面分析自动调平技术在多种机具的应用效果,总结由软、硬件差异对自动调平结果的影响,最后指出自动调平将会向更精准、更智能、更迅速的方向发展。     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

履带式联合收割机横向调平底盘设计

针对履带式联合收割机在不平坦地表作业时,车体倾斜角度大、收获效率低、驾驶舒适性差的问题,设计一种履带式联合收割机横向调平底盘。该调平底盘基于平行四边形原理设计,可实现底盘离地高度与横向倾斜角度的主动调节。设计底盘调平控制策略,可在联合收割机作业时自动调节车体横向倾斜角度。使用ADAMS与AMESim搭建机电液联合仿真平台,并针对调平底盘与传统底盘在同一条件下进行仿真分析。仿真结果表明:与传统底盘相比,在横向落差为130 mm的条件下调平底盘最大横向倾角降低约75%。同时搭建底盘调平试验台,进行静态调平与动态调平试验。静态调平试验表明:在系统调节范围内,调平误差小于0.5°,调节时间小于5 s。动态调平试验表明:在系统调节范围内,车身倾斜角度小于±1.5°。     

丘陵山地拖拉机机身自平衡机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机坡地适应性差,易翻倾,通过性差等问题,设计一种具有自动调平机构的504型丘陵山地拖拉机。整机采用机械传动,四驱轮式行走系统,两侧独立传动转向系统,平行四杆自动调平机构,可实现拖拉机姿态自动仿形调平。基于SolidWorks对拖拉机进行整机三维建模,运用ADAMS软件对虚拟样机进行侧倾稳定性动态仿真分析。结果表明: 自动调平机构调平动作范围732 mm,可在25°的坡地上保证车身横向水平。上坡极限翻倾角及下坡极限翻倾角均为45°,上坡纵向滑移角为33.69°,下坡纵向滑移角为16°,前后驱动轮越障高度为214 mm。调平状态下车身的最大侧倾角为37.5°,与理论计算35.93°非常接近。该机前后驱动桥均可进行独立调平,保证机身始终处于水平姿态,能够满足丘陵山地生产作业要求。     

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。     

丘陵地区剪叉式甘蔗转运车调平控制系统设计与试验

针对丘陵地区甘蔗转运车在田间作业操作难、转运过程易发生侧翻事故等问题,设计了一种剪叉式甘蔗转运车调平控制系统。通过搭建甘蔗转运车试验平台,基于状态测量单元、单片机嵌入式系统、液压系统,实现甘蔗在转运前车身姿态自动调平功能;保持车身状态处于安全范围内,对车厢进行提升、翻转等控制,完成甘蔗转运过程所需动作。为研究影响车身稳定的因素,在试验平台负载质量120kg工况下,分别选取车身侧向角为0°、2°、4°、6°、8°,支撑结构侧向跨距为490、650、730mm的状态参数进行负载作业临界试验。并采用“追逐式”调平策略进行自动调平试验,验证系统平稳控制的可靠性。结果表明:车身侧向角和底盘支撑结构跨距对其稳定性具有显著影响,730mm为支撑结构最佳侧向跨距;支撑结构侧向跨距490mm且车身初始侧向角6°时为危险临界状态,甘蔗转运过程存在较大安全隐患。设计的调平控制系统在20s内调平,精度可达到0.3°;当车身通过调平安全检测后,可在35s内平稳完成车厢提升转运等卸蔗动作,满足60s内完成安全转运卸蔗的设计要求,提高了丘陵地区甘蔗转运车作业的安全性和工作效率。     

3GP1型果园采摘作业平台液压系统设计研究

针对果园采摘作业平台自动化程度低、在升降调平和输送果箱过程中稳定性不高的问题,设计了一种新型果园采摘作业平台液压系统,提高了作业平台升降调平和输送果箱时的稳定性。为此,分析了作业平台的结构及工作原理,介绍了液压系统的组成和原理,计算确定了液压系统的各项技术参数,并对各液压元件进行了选型。试验结果表明:该机工作性能良好,液压系统稳定可靠,3h系统温升53℃、升降油缸压力13.8MPa、下输送机构油缸压力13.1MPa、平台举升用时26s、左右调平用时9s等各项检测值均在设计要求范围内,能够满足使用要求。     

多功能果园作业平台安全性研究进展

多功能果园作业平台主要应用于梨、苹果等容易因碰撞造成表皮损伤的鲜果采摘,同时兼有果品运输、枝干修剪及疏花疏果等运载平台功能,可显著提高果农工作效率和降低劳动强度。近年来,随着我国果园轻简化管理技术的推广应用,多功能果园作业平台设备快速发展,因平台上作业属于半高空和高空作业,其安全性备受关注。基于多功能果园作业平台的通过性、升降机构、自动调平技术及防侧翻4个方面的研究进展,介绍了履带式及轮式行走装置的优缺点及在国内外的具体应用,套缸式、剪叉式、曲臂式及链式升降机构应用场景,自动调平技术的研究进展及在果园应用中的调平水平、平台侧翻评价指标,以及利用该指标进行侧翻预警和主动防侧控制的方法,并提出多功能果园作业平台农机农艺融合、导航技术及智能机械手等多技术融合方向发展趋势,以期为提高作业平台的技术水平及安全性提供参考。      

基于Matlab/Simulink的调平系统动力学建模与仿真

针对目前丘陵山地地区作业机械调平效果差,作业效率低等问题,对果园作业平台调平控制系统进行动力学分析,从数学模型的角度建立调平系统微分方程,通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,运用龙格库塔法求解作业平台输出角度与输入电流之间的关系。从仿真结果可以看出,输出角度可以很好地跟踪输入电流,证明建立的调平控制系统数学模型的正确性。