温室电动旋平机控制系统研究

针对温室土地粗放性耕作、耗时费力和污染等问题,设计了高效、无污染的温室电动旋平机。该机将激光扫平技术、旋耕技术、调平技术和蓄电池直流驱动技术有机结合,实现了温室地表旋松与平整。利用电推杆正反向独立调平,试验表明:该机旋平精度高,可满足温室土地平整要求。     

水田激光平地机调平系统动力学模型的验证试验

机械液压系统的动力学模型是表达系统动态特性的有效方法之一,常应用在运动机构的高精度控制设计中,然而在应用模型之前,其准确性需要经过试验验证。该文在课题组已建立了水田激光平地机调平系统的动力学模型,且对模型的准确性做了初步验证的基础上,对模型的准确性进行更严谨的试验验证与完善。首先,设计并搭建一个接近模型假设前提的试验平台,即为平地铲物理系统提供稳定安装平台,其次是各铰链连接间隙合理、配备比例流量换向阀。然后展开试验,这主要包括两部分:第一是比例流量阀的流量增益系数的标定,通过大量的恒流输入和正弦输入试验,同时测定电流与流量后,得出其试验关系。第二,对调平系统进行正弦振动试验,通过给控制电路不同频率与幅值的输入电流,对比平地铲水平倾角测量结果与相同输入时的仿真结果。试验结果表明,所选用的比例流量换向阀输入电流与输出流量存在较理想的比例关系;平地铲水平倾角测量值与仿真结果比较吻合,模型能够反映调平系统的动态特性。该文为下一步调平系统结构改进,以及实现基于动力学模型的调平控制算法提供理论基础,采用的比例阀流量增益系数标定方法和系统模型验证方案对其他机电液一体化装备的动力学模型验证具有借鉴意义。     

1PJY-3．0型综合激光平地机的研制

由于受土地平整机具自身缺陷和人工操作平整精度有限的制约,土地平整精度在达到一定程度后就无法继续提高.为此,设计了1PJY-3.0型综合激光平地机.该文介绍了该机的总体结构、工作原理、关键部件的设计以及试验效果.试验结果表明该机作业后,方田面积达到0.5 hm2以上,平地精度≤±2cm,灌溉节水30%～45%,平整后的田块在灌水沉淀后即可进行机械插秧作业.     

货箱自适应调平果园作业平台设计与试验

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测试样机的续航里程、货箱伺服调平等性能参数。【结果】其满载续航时间为3.4 h,最高行驶速度为4 km/h,最大升降高度1.52 m,最小转弯半径为0.89 m。台架试验中空载动态调平误差平均值小于1°;满载动态调平误差平均值小于1.5°,在设计的爬坡角度以内,调平稳定时间最长为4.32 s,果园实地测试中,作业平台以1 km/h的行驶速度,测试在10°和15°纵坡、-10°和-5°横坡的调平性能,最终货箱自动调平角度均保持在-2°～2°;【结论】通过试验分析,货箱自适应调平果园作业平台性能良好,能够满足丘陵山区果园的采摘、运输等环节需要。     

基于单片机的小型犁耕机自动调平系统设计

实现丘陵地区坡耕地机械化耕作,对于全面提高该地区农业机械化水平和实现农业可持续发展具有重要意义。但是,耕作机械的倾斜作业不仅对土壤的硬底层造成破坏,而且还影响到耕作平整度和深度等耕作性能指标,导致耕作效果不理想和作业效率较低等问题。针对丘陵地区现有的耕作机械只能在坡度较小的耕地上作业的现状,本文采用倾角控制调平策略,以AT89C51单片机为控制器、液压油缸为执行元件、倾角传感器为反馈元件,设计一套适用于丘陵地区的小型犁耕机的自动调平系统,其主要由耕作机构、整机机身、调平控制机构和自动调平控制系统四个部分组成。该系统具有调平速度快、精度高和操作简单等特点,能保持小型犁耕机的平稳性,提高了小型犁耕机在丘陵地区作业时的稳定性及坡地适应性。     

大型农田激光测控精平机调平系统的设计与运动分析

针对农田集中连片的建设要求以及高精度土地平整的特点,设计了一种农田激光测控精平机,该精平机采用双弹性扭杆独立调平系统,能够实现刀板两端的独立调整。地表平整精度的决定因素主要包括调平装置的竖直调整量和调整速度,该精平机有效地降低了刀板调整量;同时建立了调平系统的动作数学模型,对其进行了运动速度分析,确定了满足较高平整精度要求下的立缸调整速度。试验结果表明:该精平机能够很好地完成大面积农田高精度土地平整的农艺要求。     

果园升降平台自动调平控制系统设计与试验

为提高果园升降平台调平精度和稳定性,设计了一种自动调平控制系统。通过调平机构动力学分析,建立了调平控制系统数学模型;利用融合卡尔曼滤波的模糊PID控制电磁阀驱动油缸伸缩调整工作台姿态,实现其自动调平。对控制系统进行仿真,结果表明:模糊PID控制较PID控制性能好,峰值时间缩短47.82%,调节时间缩短48.10%,最大超调量减小52.78%,经卡尔曼滤波后控制误差降低44.57%;对系统响应时间和调平效果进行测试,结果表明:自动调平控制系统响应时间为0.078 s;在平台不升降和升降2种工况下,最大坡度满载下自动调平最大误差分别为1.08°和1.74°,调平精度相对原果园升降平台调平系统分别提高了1.69°和1.91°,较好的实现了工作台自动调平控制。该研究为农业机具调平控制提供参考。     

基于人机工效学的农机座椅自动调平系统设计与试验

针对拖拉机在高低垄犁地作业过程,驾驶舱倾斜导致驾驶员坐姿变化,影响驾驶员乘坐舒适性的问题,设计了结构紧凑的座椅椅面调平机械装置,并基于单片机开发了调平装置控制器,调平精度为0.67°。为了提高调平过程中驾驶员的乘坐舒适性,搭建了模拟拖拉机座椅倾斜状态试验台,研究了试验台中座椅倾斜不同角度情况下对驾驶员上躯干姿态的影响。试验结果表明人体胸椎和腰椎投影偏移随着座椅倾斜角度的增加而增大,但座椅倾斜3°时投影偏移远小于倾斜5°时投影偏移,由此确定座椅调平系统工作阈值为3°。通过主观评价试验,确定座椅调平的速度为6～8 mm/s时,驾驶员的舒适性较高。在东方红LX754型拖拉机上开展实车试验,结果表明,座椅调平后驾驶员的腰部受力更加均匀、调平系统对于驾驶员的操作性及适应性有促进作用,验证了该系统的实用性。     

基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明：基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6s,25°纵向调平时间减小1.8s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10－4m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。