山地果园电动单轨运输机控制装置的设计

【目的】研制一种山地果园电动单轨运输机的控制装置,以提高单轨运输机的智能性和安全性,实现其自动控制。【方法】基于单片机、直流电动机、无线通信模块等设计蓄电池驱动的山地果园单轨运输机的控制装置,通过模拟山地果园地形,分别对控制装置的行驶速度调节、制动性能及系统功耗进行测试。【结果】电动山地果园单轨运输机的控制装置由单片机、供电单元、直流电动机、直流电动机驱动模块、制动模块、行驶速度调节模块、无线通信模块、手动控制按键及限位停车模块组成。模拟测试结果表明:单轨运输机的行驶速度可实现0.1~0.6m/s内的加减速调节控制;单轨运输机的行驶速度随着装载质量的增加而逐渐变小;当单轨运输机在39°坡下坡行驶时,通过测速电路控制电磁式失电制动器,能有效解决单轨运输机行驶速度超出安全速度的问题。经连续1个月的实际测试,限位停车控制模块能够实现单轨运输机的及时停车,其可靠性达100%,手动按键及无线遥控均能实现单轨运输机的有效控制,无线遥控最大可靠距离为450m,控制装置响应时间约为2s。【结论】所设计的控制装置运行稳定可靠,能满足单轨运输机智能性、安全性和自制性的预期设计要求。     

7YGD-45型电动遥控式单轨果园运输机

针对现阶段山地果园运输的复杂作业环境、人工运输效率低、劳动强度大而国内尚无可选机型的状况,设计研制了7YGD-45型单轨果园运输机.阐述了单轨果园运输机的主要技术参数、总体结构、工作原理、关键部件的结构设计,并对运输轨道进行了模态分析,为单轨运输机在运行过程中的平稳性分析提供了参考依据.     

山地果园运输机液压驱动系统设计

针对传统果园运输机传动系统需电网覆盖和实现无级变速结构复杂等问题,设计可快速换向,无级调速,瞬间制动,更大动力的果园运输机液压驱动系统.采用流体传动法在分析果园运输机传动系统工作原理的基础上,建立了由变量泵供油,三位四通换向阀控制运输车换向、电液比例调速阀调节运输车运行速度和蜗轮蜗杆反向自锁与溢流桥配合实现马达制动的果园运输机液压系统.通过工况分析和理论计算,对果园运输机液压系统主要元件进行选型,确定液压马达排量为42mL·r-1,液压泵流量为44L·min-1.通过对液压系统的性能验算,可知液压系统的压力损失为0.41 MPa,满足设计要求.并利用AMESim仿真软件,搭建运输车液压系统仿真模型,合理设置主要元件参数,并对系统性能进行仿真分析,仿真结果表明:该液压系统能够模拟果园运输车不同负载状态时上行、停止和下行的实际运行过程,验证了液压系统的可行性,得出运输车速度受负载影响较小,液压马达输出扭矩为66 N·m与理论计算值63N·m大小基本相符,拖车以0.71 m·s-1速度匀速运动,达到预期以0.7m·s-1设计要求,满足运输机对动力和运输速度要求.为山地果园液压驱动轨道运输机的研制提供理参考,有助于果园运输机的可靠性测试.     

山地果园液压驱动轨道运输机控制系统的设计

设计适用于山地果园液压驱动轨道运输机的控制系统,为山地果园液压驱动轨道运输机械的设计提供支持,以提高运输车的安全性和智能性,实现自动控制。在分析液压驱动轨道运输机整机结构和该运输机频繁换向、小范围无极调速等工况基础上,基于PLC、电磁阀和无线通信模块等设计液压驱动山地果园运输机的控制系统。重点对控制系统进行总体分析,对控制装置的驱动模块、速度控制模块、制动模块、遥控和手动控制模块和抗干扰性着重设计,最后通过运输机各项功能和远程遥控试验,对控制系统的稳定性和功能进行试验研究。试验结果表明,该运输机控制系统性能可靠 ,能够实现运输车启动、制动、速度调节和急停等功能;PLC控制系统体积仅为继电器控制系统的14.8%,接线触点为1/20;山地远程遥控距离达455 m。所设计的控制系统运行稳定可靠、适应性强且体积小,满足运输机智能化和安全性控制要求。     

自走式山地果园遥控单轨运输机的设计与改进

为克服山地果园遥控单轨运输机的诸多缺陷,对原机进行优化设计。改进时取消了原机复杂的遥控装置,利用四杆-杠杆、撞块联动离合刹车机构,使运输机在轨道上能够任意自动停车和可靠制动,实现无人驾驶。用风冷汽油机替换原柴油机,增大马力、减小整机质量和外形尺寸。重新设计的防侧倒T形夹紧轮,可减小运输机的转弯半径,去掉原辅助轨道,降低轨道高度和安装难度,节约轨道建设成本约40%。检测试验结果表明,改进后的山地果园遥控单轨运输机可以实现爬坡角度达40°,上坡负载质量为500kg,下坡负载质量为1 000kg,最小转弯半径小于4m,工作可靠,运行平稳,操作简单,适合山地运输。     

自走式山地单轨运输机遥控系统的设计

为降低劳动强度和保证安全作业,以7YGD-35型自走式单轨运输机为研究对象,设计了一套基于AT89S52单片机的遥控系统。该控制系统主要由遥控器、中央处理单元和电动推杆等组成,以电动推杆为核心设计了离合执行机构、换挡执行机构、油门执行机构和制动执行机构,实现对自走式单轨运输机的离合、换挡、油门、制动等准确控制。田间实地作业试验结果表明,该控制系统遥控距离可达300m,适合山地橘园运输作业,具有良好的应用前景。     

山地果园拆装牵引式双轨运输机控制系统的设计

【目的】设计适用于山地果园牵引式双轨运输机的控制系统,为山地果园牵引式运输机械的设计提供支持。【方法】在分析该类拆装牵引式双轨运输机整机结构及应用工况的基础上,针对山地果园拆装牵引式双轨运输机拆装频繁、应用环境恶劣等工况,运用控制系统硬件、软件设计理论与性能试验相结合的方法,设计一种以PLC为控制核心、液晶触摸屏为人机交互窗口的控制系统,重点分析控制系统的工作原理、硬件设计、软件设计、无线遥控设计和抗干扰措施,并对控制系统的核心部件及稳定性进行理论和试验研究。【结果】所设计的山地果园拆装牵引式双轨运输机控制系统运行可靠,定位系统的平均距离偏差为5.18cm,平均定位距离误差率为0.96%,平均脉冲误差率为0.68%;在有遮挡的情况下,无线遥控器在距离遥控接收装置300m范围内的通信成功率为100%。【结论】所设计的控制系统可满足运输机的智能化控制需求,该控制系统亦适用于其他钢丝绳提升式运输机的作业控制。     

基于改进YOLOv5s模型的山地果园单轨运输机搭载柑橘的检测

由于山地果园运输机立地条件差,实时作业信息的获取、反馈、集中化管理较为困难,为了解7SYDD–200型山地果园单轨运输机搭载货物情况,合理调度运输装备,建立了基于改进的YOLOv5s模型的运输机搭载柑橘果筐的检测方法：在果园自然光环境下使用RGB相机(HSK–200)采集运输机搭载柑橘果筐的图像数据;建立和优化YOLOv5s模型,部署至嵌入式设备,实现对搭载过程中的“空果筐”“柑橘”“满果筐”状态的检测。在模型的颈部网络引入CBAM注意力机制,加强模型提取语义信息的能力,解决检测过程中出现的“双重标签”的问题,使用批归一化(BN)层稀疏的尺度因子衡量各通道对模型的表征能力,并对表征能力弱的通道进行剪枝压缩,以克服基模型YOLOv5s检测速度慢的问题,通过多尺度训练策略对模型进行微调,提高模型检测准确率。试验结果表明：改进YOLOv5s模型的检测方法在柑橘搭载数据集上平均精度均值(m AP)为93.3%;模型的浮点数运算量和大小分别为9.9GFLOPs和3.5 MB,比YOLOv5s的提高60.3%和21.3%;在嵌入式平台Jetson Nano部署,其检测速度为78 ms/帧。     

丘陵山地果园运输机的研究进展

丘陵山地水果产业是典型的丘陵山地农业,而丘陵山地果园的机械化运输已成为丘陵山地果园作业的核心需求。为了解决丘陵山地果园运输困难的问题,国内外学者对丘陵山地果园的运输机械进行了相关研究。笔者概述了国内外丘陵山地果园轮式运输机、履带式运输机和履带轮式运输机的研究与应用现状,综述了它们的性能、使用条件和特色机构等,并阐述了其发展趋势。     

遥控牵引式无轨山地果园运输机的设计

为解决山地果园果实、肥料和农药等运输劳动强度大、效率低的生产实际问题,在满足果园运输机施工简便、成本低的要求下,设计了一种遥控牵引式无轨山地果园运输机。运行试验结果表明:遥控牵引式无轨山地果园运输机无需人工驾驶,运行效果良好;运输机平均运行速度为0.56m/s,运行平稳可靠;运输机爬坡角度在20°~40°之间,上行运载最大载重400kg,下行运载最大载重600kg;遥控操作简单方便,在运输机停止、启动测试中准确无误,制动效果达到了设计要求。     

山地果园无动力运输机设计

针对大坡度山地果园运输难、耗能高的问题,设计1种依靠货物自身重力运输的山地果园无动力运输机。运输机主要由自适应阻尼装置、遥控急刹装置、遥控控制系统、增速装置、冷却风扇、运输车等组成,能实现一端运输车在货物重力作用下沿20°~50°坡地或直线水泥槽内安全匀速下行,另一端带着空运输车上行。该运输机仅需1个12V电瓶提供遥控制动时所需动力,通过遥控器遥控急刹装置,能实现运输机在任意点的启停。试验表明,在长时间运行时,维持制动毂温度小于50℃状态下,运输机能稳定以最大速度0.7 m/s匀速运行,最大载荷为1t。该运输机工作可靠、运行平稳、操作简单、无需运输动力,适合偏远大坡度山地果物的运输,节能环保。     

池塘起鱼单轨输送机设计

为解决池塘活鱼收获过程中人工起鱼强度大、工作效率低的问题,设计了一种池塘起鱼单轨输送机。该单轨输送机由蜗轮蜗杆和皮带实现驱动;单轨依池塘地形架设,适应了高落差的运输需求;机架上设计有卡槽,防止运行时单轨输送机侧翻和脱离固定轨道。以人工操控单轨输送机为研究对象,控制系统采用无线遥控技术实现单轨输送车遥控输送。试验表明,该单轨输送车上坡可载重量120 kg,爬坡角度在30°~40°,上坡行走速度为0.4~0.8 m/s,3名工作人员40 min可将4 800 kg的鱼从池塘运输到活鱼车上,与传统8人作业1 h相比,劳动力减少了一半,工作时间缩短了33%,工作安全可靠,适合池塘起鱼作业。     

大坡度山地果园运输机自适应 重力阻尼装置的研制

为解决大坡度山地果园运输机速度不易控制的问题,研制了一种自适应重力阻尼装置,能够使运送箱 沿钢丝绳轨道匀速下降。通过分析制动蹄和重力传动装置的运动和受力,建立了匀速制动阶段自适应重力阻尼装置 的动力学模型,推导了轮对和制动蹄的力矩方程,根据平衡条件,得到了各物理量之间的关系。分析表明,在自适应 重力阻尼装置结构一定的情况下,制动扭矩的大小只与转速有关,并且成2 次函数关系;运载量与传动比的3 次方 成正比,并且运载量的变化对运送箱的下降速度影响很小。通过试验,得到了转速对制动扭矩的影响,与动力学模型 分析的结果吻合。由于制动鼓温度过高对摩擦效果影响很大,因此设计了散热器,并进行试验,得到了制动鼓能维持 温度平衡的最大转速和扭矩,分别为820 r/min、46 N窑m,满足运输机使用要求。 27）     

山地果园轮式运输机自装卸装置的设计与分析

为保护果品和提高运输的效率,研究设计一种适用于山地果园轮式运输机的L型拉臂式自装卸装置并进行仿真分析。采用传统图解法对L型拉臂进行受力分析,得出在两个运动过程中主要部位的受力通用公式,结合运输机参数得出拉臂在两个运动过程的临界角为38°。通过ADAMS得到拉臂主要部位所受的力与旋转角度之间的关系,得出在4种情况下:坡度为-20°及拉臂旋转0°、坡度为20°及拉臂旋转38°、坡度为-20°及拉臂旋转134°、坡度为-20°及拉臂旋转38°,拉臂受力较大。通过ANSYS得出拉臂的应力范围为0.070~307.144MPa,小于钢材Q345的抗拉强度470 MPa。满足在坡度为15°和载荷为150kg的工况下完成自装卸的设计要求。     

山地果园轮式运输机半主动悬架系统设计与试验

为解决山地果园运输机在实际使用中因路况起伏不平而引起的剧烈振动问题,结合山地实际路面情况,设计使用CDC阻尼器的半主动悬架系统,并安装于华南农业大学研发的丘陵山地果园电动轮式运输机。以安装使用CDC阻尼器的半主动悬架系统的丘陵山地果园轮式运输机为研究对象,采用振动仪和振动传感器搭建振动测试系统,在行驶速度和载荷一定的工况下,分别测试该轮式运输机装有半主动悬架前后行驶过程中座椅位置Z轴的振动信号,考察半主动悬架装车前后的振动差异。结果显示,装有使用CDC阻尼器的半主动悬架的轮式运输机振动降幅达50%,达到了半主动悬架系统的设计要求;装有使用CDC阻尼器的半主动悬架系统的车身振动频率集中,范围大于8 Hz,表明车辆的驾驶舒适性较好。     

基于轮毂电机驱动的山地林果茶园轮式运输车设计与试验

针对南方丘陵山地林果茶园复杂的地形地貌特点,在集中式电机驱动运输车基础上,开发了以轮毂电机驱动的山地林果茶园运输车;该运输车以36 V铅酸蓄电池为能源,采用双后轮独立驱动方式并具备电子差速转向系统。运输车最大爬坡度、续驶里程试验、差速及制动性能等关键指标性能试验结果显示：运输车满载最大爬坡度为15°,最小转弯半径为2 395 mm,空载和满载状态下以常用车速 20 km/h 行驶时平均里程分别可达 66.97和46.33 km;满载时运输车分别以初速度25、20、15、10 km/h行驶时的紧急制动距离分别为5.83、4.11、2.68、1.57 m,试验值与理论值的最大相对误差为8.2%;运输车还具备良好的差速转向性能。     

基于模糊PID的山地果园运输机动力稳定系统的设计与试验

以提高华南农业大学研制的山地果园轻简化轮式运输机作业动力控制稳定性为目标,设计加装了一种成本较低的动力稳定系统。系统由制动手柄、电推杆、电磁阀、制动油泵、制动钳组成。根据控制策略在Simulink中建立动力独立控制模型,经过仿真分析,在稳态之后非受控的动力轮速度与受控动力轮的速度相等,整车驱动力增大,提高了运输机在路况参数多变路面的通过性,并在动力稳定系统的基础上加入了自适应模糊PID速度控制器,对其进行了仿真分析。结果表明,在3.5 s时,两侧动力轮纵向速度之差进入稳定响应,稳态绝对误差绝对值最大值为0.422 2,最小值为0.004 7,响应到达并保持在终值±5%误差内所需的最短时间为3.0 s,稳态条件下(t→∞)的误差为0,加快了系统响应速度,提高了调节精度与稳定性。对运输机实车测试,受控后稳态车轮速度的绝对误差为0.178 1~0.396 1 km/h,相对误差为0.71%~5.27%,与仿真结果一致。