高地隙施药机自动驾驶系统研制与试验

针对农业自动导航、电动自动转向、农机自动控制、精量施药控制等关键技术的集成应用问题,该研究以高地隙喷杆喷雾机为平台,基于机电液一体化控制与软硬件标准化,研制了用于高地隙施药机的自动驾驶系统。根据底盘机构和工作原理设计了电控执行机构,实现发动机启停、转向、油门调节、车速调节、液泵启停、喷杆伸缩的自动控制。设计了基于CAN总线的整车通信控制网络,实现手动遥控和自动导航2种模式的自由切换。设计了基于姿态测量的定位误差校正方法,补偿导航定位过程中因机体倾斜造成的位置测量误差,提出地头转弯过程中的直线作业路径规划方法,以提高调头的准确性并保证邻接行的上线精度。在验证自动操控机构和通信控制网络稳定性的基础上进行了手动遥控和自动导航的对比试验。结果表明:作业速度3.6km/h时,遥控操作和自动导航2种模式下横向偏差最大值分别为20.81和8.84 cm,航向偏角最大值为7.86°和2.48°、横向偏差的均方根误差最大值为7.47和4.66 cm。该研究设计的高地隙施药机自动驾驶系统能够实时准确执行手动遥控和自动导航2种模式下的操作指令,自动导航模式下的路径跟踪精度较高,满足田间施药作业需求。     

大豆机收清选筛田间性能试验与分析

针对现阶段谷物联合收获机清选筛对大豆清选适用性较低以及大豆机收田间性能试验研究较少的现状,以久保田联合收获机PRO688D为试验机具,濉科20大豆为试验品种,以常规鱼鳞筛、加长鱼鳞筛、错位鱼眼筛、线性鱼眼筛和贝壳筛为上筛,网筛、圆孔筛和六棱孔筛为下筛,鱼鳞尾筛和栅格尾筛为尾筛,以清选损失率和含杂率为清选筛对大豆清选作业水平的评价指标,进行了大豆机收清选筛田间性能试验。利用模糊综合评价法对田间性能试验的数据进行了分析与评价,完成鱼鳞筛筛片开度、上筛、下筛、尾筛以及清选筛组合在大豆机收清选适用性方面的优化工作。清选作业水平评价结果表明,大豆机收清选适用性最佳的鱼鳞筛筛片开度是28 mm。进一步对不同尾筛、上筛、下筛和清选筛组合的清选作业水平进行评价,得出不同清选筛对大豆清选适用性情况为:栅格尾筛优于鱼鳞尾筛;贝壳筛和六棱孔筛是大豆机收清选适用性最好的上筛和下筛。大豆机收清选适用性最佳的上筛、下筛和尾筛组合为贝壳筛、六棱孔筛、鱼鳞尾筛,此时大豆机收田间性能试验的清选损失率为2.04%,含杂率为0.53%。试验结果表明,应用模糊综合评价法综合评价不同清选筛对大豆机收的清选损失率和含杂率,并进行清选作业水平的优选,可有效提高谷物联合收获机清选筛对大豆的清选适用性。该研究可为解决谷物联合收获机清选筛对大豆低适用性问题提供实际依据,对降低大豆联合收获机清选损失率和含杂率的田间试验研究起到推进作用,为研发适用于大豆收获的联合收获机清选装置提供参考。     

小麦联合收获机双出风口多风道清选作业试验

针对小麦联合收获机双出风口多风道清选装置由于主要作业参数调整不当而导致清选损失率、含杂率、二次含杂率高的问题,该文通过台架试验分别对双出风口多风道清选装置主要作业参数(喂入量、风门开度、风机转速、上、下导风板角度)进行单因素与多因素优化试验,探究各试验因素对清选损失率、含杂率、二次含杂率的影响规律,寻找最优参数组合。参考市场上小麦收获机拥有量较大的久保田988机型相关参数,搭建联合收获机双出风口多风道试验台。双出风口4风道时,小麦清选损失率、含杂率最低,分别为0.78%与0.48%,通过单因素试验,得出喂入量4.5～5.8 kg/s、风门开度0°～20°、风机转速1 200～1 600 r/min、上、下导风板角度0～20°。利用Box-Behnken中心组合试验设计理论,进行五因素三水平正交试验。结果表明:对清选损失率影响较显著的因素有风机转速、喂入量、上导风板角度;对含杂率影响较显著的因素有风机转速、上、下导风板角度;对二次含杂率影响较大的因素有上导风板角度、风机转速、喂入量,通过对目标参数优化得到最优作业参数为喂入量4.5 kg/s、风门开度10.2°、风机转速1 548 r/min、上、下导风板角度分别为20°和0°,此时清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.79%、0.40%与0.82%。台架试验验证得到清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.75%、0.38%与0.76%,与优化结果误差分别为5.1%、5.0%与7.3%。此研究结果可为小麦联合收获机多风道清选装置作业参数调整提供理论参考。     

多参数可调可测式清选系统设计与试验

为了改善国内谷物联合收获机风筛式清选装置清选作业参数的调控、监测与显示方式简单且自动化程度较低导致清选效率较低的问题。分析了谷物联合收获机风筛式清选装置4个清选作业参数（振动筛曲柄转速、风门开度、风机转速和鱼鳞筛筛片开度）的调节理论依据,对每个清选作业参数的调控与监测装置进行独立设计,在联合收获机风筛式清选装置基础上设计了多参数可调可测式清选系统,实现风筛式清选装置清选作业参数的自动化调控、监测与显示,整体系统采用电力驱动,实现了收获机风筛式清选装置的绿色环保作业。经准确性检测多参数可调可测式清选系统4个清选作业参数的调节精度均不小于97.17%,具有良好的鲁棒性,可实现4个清选作业参数的精确调控与实时显示。本文利用装配了多参数可调可测式清选系统的4LZ-4型全喂入履带收获机,以总损失率和含杂率为清选性能评价指标,进行了大豆机收田间试验,试验时样机运行良好。试验结果表明,大豆机收田间试验总损失率和含杂率平均值分别为3.13%和2.70%,达到行业标准要求。     

农业自动导航系统移动试验平台的研制

为评价农业自动导航系统的稳定性和导航精度,大量的田间试验必不可少。若采用拖拉机、联合收获机等大型农业机械进行导航试验测试,在机械日常维护、控制系统开发及试验材料准备等方面的成本较高。为此,以易于操作的四轮电动车为车辆原型研制了用于农业自动导航系统测试的移动试验平台,其自动转向系统以直流电机为动力源,采用精密电位计测量前轮转向角。自动巡航系统由速度控制器监测实际车速,利用数字PID算法控制驱动电机的输出,保证试验平台以设定车速行驶。为便于接收导航系统的控制指令,基于CAN总线通信网络对各子系统进行模块化设计,预留CAN总线通信控制接口。试验测试表明:转向控制的角度分辨率小于0.4°、控制误差小于1.0°,自动巡航的速度控制误差小于0. 3m/s,控制精度和稳定性满足农业自动导航系统测试的基本要求。     

高地隙施药机喷杆自动调平系统设计与试验

因田间地表起伏,高地隙施药机在作业过程中车体极易发生横滚方向的倾斜,同车体刚性连接的喷杆同时倾斜,甚至与作物、地面碰触,影响喷药均匀性和作业安全性.为此基于机电液一体化控制方法,设计了高地隙施药机喷杆自动调平系统.设计电控液压调平机构,使喷杆与车体柔性联接,实现在横滚方向上喷杆与车体的相对转动.采用姿态测量方法实时检测...     

模块化精量喷雾控制阀组设计与试验

针对我国现有植保机械自动化程度不高、施药均匀性差等问题，根据高地隙植保机的喷雾系统组成和技术要求，设计了模块化精量喷雾控制阀组，通过分析计算确定阀体结构以及开关阀、限压阀、流量控制阀、区段开关阀等阀体模块的尺寸参数。精量喷雾控制器能实时读取压力传感器的输出信号并进行处理，将其与上位机输入的流量指令进行比较，并将控制信号发送至电机驱动器以控制电机的动作状态来调节阀门开度，进而调节喷雾系统流量，所设计的精量喷雾控制阀组能够实现压力和流量自动调节、喷杆分段独立控制以及参数实时反馈等功能。试验结果表明：喷雾系统压力与实际流量近似满足线性关系，拟合度决定系数为0.997 5，流量值在0~50 L/min范围内，平均相对拟合误差为1.7%，标定精度能满足控制需求；精量喷雾控制阀组可调节的最大流量为40 L/min，阀门实际流量在阀门有效行程内变化较均匀，符合线性流量特性曲线关系。研究可为高地隙植保机精量喷雾控制策略提供参考。