基于立体视觉下联合收获机边缘检测技术的研究

智能联合收割机是目前作物收获的发展热点与研究重点技术之一,而确定田间地块边缘、未收割作物边缘、联合收获机直线行驶和在作物地头转向是实现全田间自动收获的基础。为此,设计了一种基于立体视觉下多种作物收获边缘快速检测方法,保持作物收获边缘在检测目标区域内,并提出了一种基于HSV(色调、饱和度和值)空间扫描的动态感兴趣区域提取算法,利用Ostu算法获得作物未收获面积,实现未收获作物边缘和作物末端边缘的同时检测,并根据作物收获末端边缘自动转向到下一个收割路径。田间验证试验表明:水稻检测准确率高于98%,玉米的检测准确率高于94%,平均处理速度为49frame/ms。研究结果表明:提出的基于立体视觉下联合收获机边缘检测及精准转向系统具有较高的工作精度和效率,可为提高作物收获性能提供技术参考与借鉴。

玉米联合收获机清选控制系统设计与试验

玉米联合收获机清选系统工况复杂,存在收获质量差、效率不高等问题。基于此,设计一套清选损失率控制为主同时兼顾含杂率的自动控制系统。首先分析以风机转速、振动筛转速和喂入量为影响因素,损失率、含杂率为评价指标的正交试验数据,获取影响损失率和含杂率的主次因素,提出清选系统自动控制策略;其次,为开展控制策略和算法的研究,建立清选系统中的风机转速、振动筛转速调节装置以及收获机纵向运动的数学模型,设计离散化PID控制算法。最后,基于MATLAB/dSPACE软硬件环境,搭建清选控制系统的硬件在环仿真平台,并进行控制器在环测试。试验证明:本文设定的双目标联合控制策略和控制算法,能够有效降低清选损失率、含杂率,其中清选损失率降到2.7%左右,含杂率为2.8%左右。

联合收获机轻量级数字孪生系统构建方法研究

针对现有农机装备数字孪生系统开发难度大、配置要求高以及资源占用过高的问题,提出基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统构建方法,包含物理、虚拟、数据交互、模型计算以及人机交互等多个子系统的实现方法。基于数字孪生的技术特点和联合收获机的作业特性,设计了一种基于JavaScript语言的轻量级数字孪生系统框架。通过采用Solidworks和CMdevelopment kit工具进行数字孪生系统的模型轻量化处理及坐标系整合,实现了在不影响模型精度和功能的前提下,显著降低系统对硬件要求和内存占用量。以雷沃GM100型联合收获机为对象,开发基于轻量级网络的联合收获机数字孪生系统,为联合收获机孪生系统性能分析、实时监控、瞬时计算以及远程操纵提供联合仿真、分析以及验证平台。为验证数字孪生系统性能和功能,开展了孪生系统性能测试及油耗预测实验。实验结果表明,在数据更新频率20 Hz下,响应时间在78 ms以内,内存占用量在331 MB以内;性能测试中,系统在运行状态下CPU和GPU的平均占用率分别为17%和30%;即使在高强度操作下,系统帧率仍可保持在75.6 f/s;在正常作业下油耗预测模型平均误差为0.34 L/h,平均相对误差仅为2.51%。本系统提供了一种低成本、高效率的数字孪生轻量化构建方案。

联合收获机发动机风冷系统优化设计

为了减少联合收获机收获过程中水箱“开锅”现象的发生,延长收获机的无故障工作时长,对4LXZ-8F型联合收获机的发动机风冷系统散热量进行了计算,并基于计算结果对防尘罩、散热器进行了优化设计,对冷却风扇进行了匹配选型。利用SolidWorks对优化前后风冷系统进行了三维建模,利用Fluent软件对发动机风冷系统优化前和优化后散热器散热性能分别进行仿真分析。仿真结果表明:优化前的冷却水入口温度为90℃,出口温度为72.3℃,进出口温差为17.7℃;优化后的冷却水入口温度为90℃,出口温度为71.1℃,进出口温差为18.9℃,表明优化后散热器散热性能提升了6.78%。研究成果可为提高发动机风冷系统的散热性能,延长无故障收获时长提供理论指导。

不对行大蒜联合收获机设计与试验

现有大蒜联合收获机主要采用振动挖掘、对行夹持输送、自动切茎方式,这种收获方式要求大蒜种植时要对行播种,同时在收获过程中机具要尽量对行直线行驶,否则极易因对行不准而发生漏收、堵塞等问题。针对这一情况,设计一款可不对行收获的大蒜联合收获机。首先,基于不对行收获的特点和大蒜收获的农艺要求,进行整机总体设计;其次,通过建立数学模型完成灭茬机构设计和选型,建立运动学模型确定蒜秧切割机构和振动挖掘机构的运动参数;最后,以前进速度、入土倾角和挖掘深度为试验因素,以损伤率和漏收率为主要评价指标,进行三因素三水平正交组合试验并利用SPSS软件进行方差分析。结果表明:当前进速度为0.35 m/s,入土倾角为20°,挖掘深度为100 mm时,不对行大蒜联合收获机性能最优,此时损伤率为2.91%、漏收率为3.93%。

基于联合收获机平台的覆秸式油菜联合播种机研制

针对长江中下游稻油轮作区水稻收获后留茬高、传统旋耕装置秸秆还田能力不足导致油菜成苗率不高等问题,该研究设计了一种基于联合收获机平台的覆秸式油菜联合播种机。为提高机具通过性,结合曲柄滑块机构运动原理,根据运动学分析对悬挂装置结构进行改进,增大后悬挂装置离地间隙;为实现秸秆覆盖还田,基于联合收获机脱粒装置结构特点增设秸秆粉碎侧抛装置,对秸秆粉碎和抛送过程开展动力学和运动学分析,确定了秸秆粉碎和铺放质量的影响因素。以机具前进速度、发动机动力输出转速为试验因素,以碎土率、厢面平整度、秸秆粉碎合格率和秸秆铺放均匀性为试验指标,开展单因素试验与二因素三水平中心复合试验,得到各因素对试验指标的影响规律及响应面模型。试验结果表明,前进速度和发动机动力输出转速对种床质量及秸秆粉碎铺放效果均影响显著(P<0.05),在前进速度2.89 km/h、发动机动力输出转速2210 r/min时碎土率为85.65%,厢面平整度为20.06 mm,秸秆粉碎合格率为90.31%,秸秆铺放均匀性为89.33%,机具作业效果较优。对优化后的作业参数进行圆整并开展验证试验,结果表明,在前进速度3 km/h、发动机动力输出转速2200 r/min时,碎土率为85.69%,厢面平整度为21.32 mm,秸秆粉碎合格率为89.35%,秸秆铺放均匀性为88.07%,与理论值的偏差分别为0.04个百分点、1.26 mm、0.96和1.26个百分点。研究结果可为油菜机械化播种和一机多用提供新思路。

4BL-1型白萝卜联合收获机缨叶聚拢装置优化与试验

为解决白萝卜机收过程中因缨叶聚拢不全导致损失率与损伤率高、切头合格率低等问题,该研究依据白萝卜缨叶物理力学特性,设计了一种白萝卜缨叶聚拢装置,以实现白萝卜缨叶从田间自然“半散开”状态聚拢成束,利于后续拔取作业。构建白萝卜缨叶聚拢装置运动学模型,确定“拢缨速比”的取值范围;构建装置结构参数和前进速度、拢缨速比及作业姿态等运动参数及拢叶机构倾角对缨叶聚拢性能影响的数学模型,并求解出各因素优选区间。以缨叶聚拢成功率、缨叶破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,依据响应面法分析各因素对二者的影响效应,并对模型进行优化。试验结果表明:缨叶聚拢成功率影响显著性顺序为前进速度、拢缨速比、拢叶机构倾角;缨叶破损率影响显著性顺序为拢缨速比、拢叶机构倾角、前进速度;最优参数组合为:前进速度0.4 m/s、拢缨速比3.9、拢叶机构倾角86.3°。在最优参数组合下开展台架试验验证,结果表明:缨叶聚拢成功率、缨叶破损率分别为92.04%、8.81%,满足拔取式白萝卜联合收获机缨叶聚拢需求。研究结果可为白萝卜收获机械的设计提供参考。

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40~0.85 hm^(2)/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。

自走式制种玉米联合收获机设计与试验

大田玉米收获机收获制种玉米时容易产生伤穗落籽、杂物堵塞等现象,本文针对适收期制种玉米生物特性,设计了一种大型制种玉米联合收获机,采用小行距对行柔性板式摘穗割台和可替换组合式剥皮装置,确保低损摘穗、输送、剥皮作业,降低籽粒损失与损伤;其中割台上方配备钢质覆胶弧形摘穗板,“橡胶+钢质”夹持输送链和六棱低速拉茎辊,可替换组合式剥皮装置采用柔性破皮+揉搓+降速组合形式。通过Plackett-Burman试验设计筛选提取影响机具指标的主要因素,采用Box-Behnken试验设计原理,以机具前进速度、拉茎辊转速和剥皮辊转速为试验因素,以总损失率与含杂率为性能指标,通过田间试验对机具进行检验,优化得出机具最佳作业参数。试验结果表明,优化后,当机具前进速度为4.87 km/h、拉茎辊转速为877.27 r/min、剥皮辊转速为442.52 r/min时,果穗总损失率为1.61%,含杂率为0.55%。田间试验结果表明,当收获机前进速度为4.9 km/h、拉茎辊转速为880 r/min、剥皮辊转速为450 r/min时,果穗总损失率为1.64%,含杂率为0.57%,满足制种玉米机械化联合收获的作业要求,可为制种玉米联合收获机设计与试验提供参考。

基于IDBO-PID的联合收获机割台控制系统

该研究专注于提升无人农场联合收获机在复杂地形作业时,割台高度控制的精确性与响应速度。首先,提出了一种基于双倾角传感器的高度检测补偿方法,通过最小二乘法拟合建立割台倾角与高度的相关模型,相关系数0.9958,显著提高测量准确性。随后,引入群智能算法优化的PID控制策略,利用Bernoulli混沌映射、粒子群算法(PSO)、t分布扰动改进蜣螂优化算法,解决了传统PID控制的精度低和响应慢等问题。基于这些优化,IDBO-PID控制器在仿真对比中相较于DBO-PID和传统PID,具有更优的响应速度和稳定性。试验验证表明,改进的控制策略使割台的上升速度达到0.44m/s、下降速度达到0.32m/s,并且高度误差控制在0.02m内,满足作业需求。

联合收获机与油菜直播机连接导轨式悬挂装置研究

针对长江中下游地区联合收获机保有量大、利用率低,拖拉机常规三点悬挂装置纵向尺寸大、结构复杂导致机组转弯半径大、重心不稳等问题,基于模块化设计方法设计了一种用于连接联合收获机与油菜直播机的导轨式悬挂装置。在对常规三点悬挂装置运动学分析基础上,从结构紧凑、重心稳定等方面分析确定了悬挂装置的整体结构及工作原理。基于导轨式悬挂装置与联合收获机和油菜直播机的适配关系,从幅宽、重心以及耕深匹配性对其进行理论分析,确定了悬挂装置作业参数和结构参数。利用ANSYS Workbench仿真软件对悬挂装置进行了自由状态下的模态分析,通过分析机架外部激振频率特点和仿真结果,提出悬挂装置结构改进方案,优化后装置前6阶频率分别为54.09、66.35、83.16、130.01、143.52、174.88 Hz,均不在外部激振频率范围内;对优化后的悬挂装置进行静力学分析,结果表明,悬挂装置在提升最高点和作业状态下的应力分别为50.531、140.56 MPa,小于许用应力156.67 MPa。田间试验结果表明,整机运行稳定,当机具以前进速度3.6 km/h进行田间试验时,其耕深稳定性系数为87.42%,碎土率为84.41%,秸秆埋覆率为76.32%,厢面平整度为22.93 mm,各项试验指标均满足油菜播种质量要求。

自走式三七联合收获机液压系统设计与试验研究

针对丘陵山区三七收获劳动强度大、效率低及成本高等问题,开展自走式三七联合收获机液压系统研究。首先,对整机关键工作部件的液压系统进行理论分析、计算与设计,完成了液压元件选型。然后,利用AMESim软件建立液压系统仿真模型,开展各液压元件工作状态仿真分析,验证了液压系统设计方案的可行性。最后,制造样机并开展田间试验,完成了对整机液压系统工作性能的测试。试验结果显示:驱动一级升运链、振动轮、二级升运链与提升装置的液压马达的平均转速偏差分别为1.15%,2.05%,5.10%,4.09%;升降、倾角调节与倾卸液压缸的平均收回同步偏差率分别为0.63%,1.16%,0.62%,平均收回锁止偏差率分别为0.34%,0.66%,0.33%;倾卸液压缸的平均伸出同步偏差率与平均伸出锁止偏差率分别为0.56%,0.30%。结果表明,所设计的液压系统满足自走式三七联合收获机的作业要求,可为丘陵山区根茎类联合收获机液压系统的设计提供理论基础与参考。

基于无框玻璃门的联合收获机驾驶室设计

驾驶室设计的合理性直接影响驾驶员操纵的舒适性、安全性及作业效率。针对现有联合收获机存在的视野不够开阔、密封性差、加工精度低、加工成本高、噪声超标及驾乘人员体验不好等问题,提出一种无框玻璃门的驾驶室结构,通过对驾驶室骨架焊合加工方法、玻璃门布置方式等的改进,设计了一款具有高视野可及性、低成本、高精度等优点的中高端驾驶室。其满足了目前市场上对联合收获机驾驶室密封性、视野及室内环境舒适等方面的迫切需求,为产品获取完美的顾客满意度,树立良好的产品品质口碑奠定基础。

基于ANSYS Workbench的联合收获机滚筒轴疲劳强度分析与优化

切纵轴流谷物联合收获机脱粒能力强、工作效率高,是未来收获行业的发展趋势。联合收获机在作业的过程中由于喂入量不稳定、物料层不均匀使得切流脱粒滚筒所受的交变载荷冲击较大,造成滚筒轴断裂。采用ANSYS Workbench对滚筒轴进行静力学和疲劳强度分析,得到实际作业过程中导致滚筒轴断裂失效的原因为疲劳断裂,然后对轴的结构和材料进行改进,改进后的轴最大应力值减小至原来的40.6%左右,疲劳寿命循环次数有了极大的提高,有效保障了联合收获机长时间的安全作业。

联合收获机清选损失监测研究现状

清选损失率是评价联合收获机作业质量的重要指标之一。在进行收获作业时,清选脱出物中会有少量的籽粒,这些籽粒会随着杂物一起被排出机外,导致联合收获机的收获质量降低。为提高联合收获机清选损失监测的稳定性和准确性,给联合收获机清选损失监测传感器的结构设计、安装位置、总体布局及信号处理方式选择提供借鉴,在阐述联合收获机清选损失监测技术研究现状的基础上,分析联合收获机清选损失监测方法的优劣,对最常用的冲击压电信号监测进行深度分析,对其传感器结构、总体布局及信号处理方式进行分析,并基于联合收获机清选损失监测研究现状,提出未来发展方向。

谷物联合收获机清选装置研究进展与发展趋势

清选装置是谷物联合收获机的核心部件之一,对整机的工作性能有着直接的影响。在分析谷物联合收获机清选装置的主要类型和特点的基础上,对国内外谷物联合收获机清选装置的结构、清选装置清选室内气场流、脱出物的运动状态的研究进展进行了综述。就现阶段我国谷物联合收获机存在的问题,从提升清选效率、提高清选质量、提高清选智能化水平等方面提出了清选装置的发展趋势,推动农机制造业发展,增强谷物装备产业化水平和装备保障能力,为我国谷物联合收获机的发展提供参考。

连续铺放自走式大葱联合收获机设计与试验

为实现山东省济南市章丘区大葱机械化联合收获作业,研究履带底盘、限深挖掘、振动松土、清土排土、柔性夹持输送、横向铺放及驱动系统等关键技术,研发一种适应章丘大葱生物性状特点和种植模式的连续铺放自走式大葱联合收获机。该机可以一次性完成单行大葱的挖掘、振动松土、清土排土、柔性输送、横向均匀铺放等联合收获作业过程。重点阐述该机的工作原理和主要部件设计,对关键参数进行计算,对整机进行数字化建模,完成样机制作并进行田间试验。田间试验结果表明:大葱损伤率为3.2%、损失率为0.9%、含杂率为2.6%、作业效率为0.07 hm^(2)/h,该机工作稳定、适应性强、收获效果好、铺放均匀,能够满足大葱机械化联合收获作业需要。

分拣式马铃薯联合收获机设计与试验

[目的]马铃薯是我国第四大粮食作物,种植面积和产量均居全球第一。我国马铃薯以鲜食为主,为提高其储藏保鲜周期,对马铃薯收获品质要求较高。传统马铃薯联合收获机作业易造成马铃薯表皮破损和薯块损伤,影响马铃薯后期贮藏与销售,且分段收获人工捡拾劳动强度大,增加了种植成本。因此,鲜食马铃薯低损联合收获机需求迫切。[方法]针对鲜食马铃薯高效低损联合收获需求,结合鲜食马铃薯种植农艺,分析了马铃薯机械收获损伤机理,确定了鲜食马铃薯联合收获机整机设计方案和各关键部件的结构形式及参数,研制了一种集低阻挖掘、柔性输送、薯土分离、人工捡拾、装箱或装袋作业于一体的分拣式马铃薯联合收获机。整机采用低速缓振辅助分离、去土排杂与人工分拣相结合的作业方式,并在尾部设计了吨包收集平台,缩短了分离输送距离,减少薯块碰撞和跌落次数,显著降低了收获损伤和含杂率,提高了人工分拣效率和作业效率。[结果]田间试验表明,分拣式马铃薯联合收获机损失率为2.84%,伤薯率为1.31%,含杂率为2.19%,破皮率为2.1%,收获效率为0.13 hm^(2)·h^(-1),各项性能指标均满足马铃薯联合收获机农业行业标准要求。[结论]分拣式马铃薯联合收获机收获破皮和损伤率低,适用于鲜食马铃薯联合收获,具有广阔的推广应用前景。

全喂入玉米联合收获机电气控制系统的设计

针对人工收割玉米劳动成本较高、收获效率低、茎秆焚烧造成环境污染且籽粒收获还需要对玉米进行二次加工等问题,对全喂入玉米联合收获机进行了设计,并重点对电气控制系统进行了研究。为了实现玉米联合收获机的智能化控制,对其自动对行和割台高度自动调控装置进行了设计。其中,自动对行装置采用Labview平台进行设计,割台高度采用PID控制器进行控制。为了验证该玉米联合收获机的性能,对其电气系统进行了玉米自动对行试验和割台高度自动调控试验。结果表明:玉米联合收获机可实现自动对行和割台高度自动调控。

联合收获机自主导航系统的设计及试验

联合收获机是现代农业中必不可少的机械设备之一,在农业生产中完成收割、清理等任务,极大地提高了农业生产的效率。自动导航系统作为现代农业智能化的核心技术之一,可以减少对人工操作的依赖,提高联合收获机的安全性,同时还可以通过实时定位和导航为农户提供更准确的数据和信息,帮助其更好地管理和规划农田。为此,设计了一种基于北斗卫星定位的联合收获机自主导航系统并进行了试验,结果表明:系统能够有效地实现联合收获机的自主导航和定位,且具有较高的准确性和稳定性,为实现智能农业提供了一种有效的技术手段。