丘陵山地智能混动割草机控制系统设计

针对我国高原和丘陵山地果园、茶园等农业生产活动中,生草制管理所面临的割草机械作业效率低、时间短及自动化程度低的问题,结合自主设计的丘陵山地智能混动割草机,设计一种可实时识别工况并自动完成能量管理的割草机控制系统。该系统以割草机实时接收的行驶工况识别信号为切入点,采用实时工况识别算法程序,依据不同类别工况的特点采取相应的能量管理控制策略。通过搭建控制系统并结合作业工况,进行该控制系统的性能试验。试验结果表明:该控制系统能够快速、准确的响应割草机动力性与割草性能要求,且相比于同耗油量下无能量管理的油电混合割草机,其单次作业时间约增加18%。同时验证该工况识别系统的合理性,工况正确识别时长精度达到90%以上。

丘陵山地遥控履带割草机设计与性能试验

针对广西丘陵山地15°~25°坡地的经济作物种植园区坡度较大、地块分散、缺少机耕道,现有机械化割草机具难以进入并进行作业的难题,结合种植园区生草栽培的农艺技术,研发一种可遥控的履带割草机。根据园区作业环境的割草机工况要求,对整机及关键部件如履带行走系统、切割系统、变割草高度调节系统等进行计算分析与设计;设计并进行整机性能试验,实验结果表明,该割草机动力充足,最大纵向爬坡角度为36°,最大斜向爬坡角度为41°,在增程系统作用下,综合工况下作业时间由1.5 h延长至1.8 h;最小转弯半径为403.5 mm;对割草机的遥控操作性能做直线行走试验,测试路段试验最大偏驶角度不大于3°;倾翻试验台架测试纵向倾翻稳定角为48.9°,横向倾翻稳定角为64.4°;在广西某机械化茶园示范区进行割草试验,平均割草率为95%;可通过遥控实现割草机的行走、制动、转向和割草刀具高度调节,满足丘陵山地作物园区作业需求。

基于麦弗逊悬架的甘蔗割铺机转向系统设计与试验

针对现有甘蔗割铺机存在转弯半径大、道路适应能力差、难适应丘陵地区地形等问题,采用麦弗逊悬架和前置液压助力转向相结合的方式,设计了一种具有高机动性的甘蔗割铺机转向系统。为了适应丘陵山地甘蔗收割作业条件,对传统麦弗逊悬架进行改造。在此基础上,建立了转向系统数学模型,通过遗传算法优化转向油缸在机架上的安装位置,使其满足阿克曼转向。然后,根据Bekker理论以及Hegedus的推土阻力估算理论分析了轮胎受力情况,并计算了转向力矩,为转向油缸选型提供依据。试验结果表明:甘蔗割铺机满足转向设计要求,最小转弯半径为2.84m;并且左前轮转向角与右前轮转向角的跟随误差均小于3.00°,试验最大转向跟随误差为2.77°,验证了麦弗逊悬架在甘蔗割铺机上的适用性及其设计的液压助力转向系统的实用性。

丘陵山地小型履带式动力底盘设计与试验

针对广西丘陵山地经济作物种植区非结构化的地形以及多种作物种类多的复杂生长环境,设计了一款具有高灵活性、可以适应丘陵山地地形的小型履带式动力底盘。以履带式底盘作为研究对象,建立履带式底盘机器人坡面行走模型,研究其在爬坡时的稳定性与通过性,并在此基础上提出履带式底盘设计方案与参数选取。基于ANSYS Workbench对机架进行受力分析,机架最大位移变形量为0.0948 mm,最大等效应力为35.611 MPa,满足强度使用要求。利用RecurDyn动力学仿真软件对履带式底盘进行虚拟建模,分析其在爬坡、转向过程中的质心与扭矩变化情况,验证了方案的可行性。田间试验结果表明,履带式底盘机器人在水泥平地直线行驶速度为6.11 km/h,最小转弯半径为403.0 mm,草地最大爬坡角度为38°,最大越障高度为170 mm,作业期间,履带式底盘运行平稳。本文设计的履带式底盘的各项参数能够满足整机设计的要求,具有良好的爬坡越障性能,作业指标达到了相关标准要求,研究成果可为丘陵山地履带式底盘的设计与研发提供参考。

具有平衡摇臂悬架的丘陵山区动力平台转向系统

为适应丘陵山区地形和不同农作物的农艺特点，提出一种具有平衡摇臂悬架和H型传动的可变地隙和轮距的动力平台，该平台采用无转向梯形的四轮全液压转向，转向方式为同侧两车轮采用对称角度的偏转转向，以减小转弯半径并实现同辙转向。采用遗传算法优化左、右转向油缸的位移关系，以实现阿克曼转向。为避免运动干涉，参照同轴距普通拖拉机的最小转弯半径确定车轮极限转角。当变地隙后车轮绕主销偏转，平台的轴距发生改变和变轮距后轮距发生改变后，可根据几何关系重新确定车轮在水平面内有效转角与转向油缸位移的关系，讨论了变地隙和变轮距满足阿克曼转向的条件。实验结果表明，设计的转向系结构和转向策略是合理的和可行的。

采用平衡摇臂悬架的移动平台稳定性分析

设计了一种带平衡摇臂悬架且具备变轮距变地隙功能的移动平台(VII-HPC)。在传统分析的基础上,针对平台的变地隙、变轮距和变姿态工况进行了研究,总结出质心高度变化趋势、侧滑和侧翻、纵滑和纵翻的计算公式、边界条件和相应曲线,并对横向行驶变姿态工况下平台的稳定性作了分析和评价,同时通过对采用平衡摇臂悬架结构的平台与普通拖拉机的稳定性对比仿真,验证了其稳定性。

丘陵山地模块化甘蔗割铺机设计与试验

针对现有甘蔗割铺机只能单向收获作业、固定切割高度、无扶蔗机构、车架结构不合理、智能化程度低等问题,设计了一种丘陵山地模块化甘蔗割铺机。整机通过合理布局和侧挂式输送形式,并由可调铺放角度的铺放装置将甘蔗铺放至割铺机后方左右两侧,实现了双向式收获作业并改善输送通道易堵塞的问题。结合甘蔗在扶蔗运动过程中的受力分析,提出了不等螺距螺旋滚筒设计,通过空间坐标变化得到螺旋线方程以及螺旋滚筒直径与安装角度;通过甘蔗输送运动分析确定了输送铺放机构作业速度、甘蔗铺放角;通过甘蔗切割机理分析得到了砍蔗机构切割形式、切割刀盘直径与转速等关键参数。整机作业幅宽设计为1100 mm,工作速度为1.8 km/h,生产效率为0.176 hm^(2)/h。样机田间试验结果表明,当前进速度452.28 mm/s、砍蔗机构转速562.12 r/min、刀盘倾角12.27°时,甘蔗割铺机破头率最低,为8.398%,工作总损失率为1.71%,整机试验过程中工作状态良好,达到整机的设计要求。

某商用车运输半挂车旋转式举升机构设计分析

为实现牵引车的零公里交付及在半挂车上的自主上下,特针对半挂鹅颈部位设计旋转式举升机构,通过行车板的旋转同时实现了爬升通道角度小于车辆的离去角和装载车辆后整机不超高的设计目标。改善该举升机构的力学状态,以减小油缸力为优化目标,利用ADAMS对机构进行仿真求解,使用MATLAB对模型进行优化,得出优化点和优化目标的关系曲线,并结合实际确定最优方案。优化后的油缸力与初始相比下降了8.92%,同时样车制造也验证了设计的正确性。

某商用车运输半挂车尾部举升机构的优化设计

为改善某款新设计的商用车运输半挂车尾部举升机构的力学状态,提高机构的可靠性和运动稳定性,对机构运动和受力状况建立了数学模型,以油缸力最小为优化目标,利用ADAMS对此机构进行仿真求解,使用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对模型进行优化。综合分析了仿真和优化数据,给出了优化目标与优化点之间的关系曲线。结合工程实际确定了最优方案。优化结果表明:油缸力与初始方案相比下降了10%,有效地提高了举升油缸工作的可靠性,改善了机构的性能。

悬挂式茶树修剪装备的设计与试验

【目的】解决丘陵山地茶园机械化水平低、茶树修剪装置效率不高等问题,满足茶园生产全程机械化的迫切需求。【方法】课题组基于茶树种植模式和农艺要求,设计了一种适应我国广西地区丘陵山地茶园作业的悬挂式茶树修剪装备,阐述了该修剪装备的总体结构和工作原理,对悬挂式茶树修剪装备的相关参数和关键结构进行了研究,并开展田间试验验证了该装备的作业效果。【结果】悬挂式茶树修剪装备修剪时间仅为2.13 min,修剪效率达到1690.14 m^(2)/h,漏剪率为0.85%、撕裂率为1.27%,其漏剪率、撕裂率均在标准范围内,完全符合设计要求。【结论】采用水平修剪刀组和竖直修剪刀组进行茶树顶端、侧边修剪时的修剪效果更好;采用机械传动与液压传动的组合式传动,能够提高装备的稳定性和安全性。该修剪装备整体结构紧凑,作业效率高,操控灵活,可以满足广西地区丘陵山地茶园茶树的修剪工作需求。

茶园有机肥变量施肥控制系统的设计与试验

茶园过量施用化肥导致土壤板结,有机质降低。有机肥深施可改善土壤环境提高茶叶品质。有机肥施肥量大、含水率高,传统施用器施用易板结,导致施肥不均匀、施肥精度不高。针对此问题,设计一款两级螺旋施肥器,由输肥螺旋将肥料挤压至施肥螺旋腔体内,施肥螺旋将肥料派送至施肥管中,可实现有机肥流畅施出。针对有机肥施肥精度不高、不均匀,设计了有机肥施肥控制系统,用户通过人机交互系统自主设定理论施肥量和机具作业速度,下位机根据上位机信号实时计算直流电机理论转速,编码器反馈出螺旋施肥轴实际转速,采用模糊PID算法调节直流电机转速,实现变量施肥目的。在Matlap/Simulink中分别建立PID算法模型和模糊PID算法模型进行仿真,传统PID系统稳定时间为5.58s,超调量为0.11;模糊PID系统稳定时间为2.85s,系统超调量为0.02。与传统PID相比,系统达到稳定时间减少48%,系统超调量减少81%。施肥性能台架试验中相对误差最大为6.20%,施肥变异系数最大7.39%,施肥均匀性和准确性较好。设计的变量施肥控制系统具有较好控制性能,能为茶园有机肥变量施肥提供技术支撑。

基于HyperWorks某型撒肥机悬挂机具设计的有限元分析

为了对某企业某型平台悬挂式撒肥机悬挂机具的结构尺寸进行合理设计,采用HyperWorks软件对其进行有限元静力学以及模态分析。其中,悬挂机具采用结构性网格划分方法,分别选取悬挂机具车厢边板厚度为1、3、5 mm的情形进行满载静态工况分析,结果表明,除厚度为1 mm时结构最大应力超过材料的屈服极限外,其他2种情形下悬挂机具结构的强度均能满足设计要求。考虑设计成本选取3 mm板厚作为最终的设计尺寸,对该悬挂机具进行典型工况分析,结果表明,各工况的应力均未超出Q345材料的屈服极限,满足企业对结构静态设计要求。为进一步分析结构的动态性能,对其进行约束模态分析,并选取结构振动固有频率与发动机怠速频率相近的第3、4阶频率进行对比,结果表明,悬挂机具的固有频率不在发动机的怠速频率范围内,不易引起共振疲劳,由此可得出该悬挂机具的动态性能亦满足设计要求。

山地模块化电动底盘的同侧输出行星减速器设计

针对山地模块化电动底盘通过性较低以及农用行星减速器体积较大问题,设计一款动力同侧输出且输入轴与输出法兰同轴的二级行星减速器。按照可靠性设计理论,搭建目标为齿轮体积和最小的优化分析模型,并依据同心条件、装配条件等建立约束条件得到齿数、模数等参数,建立同侧输出行星减速器三维模型。通过可靠性设计理论优化后的行星减速器总体积降低5.3%,径向尺寸降低6.2%,使得履带横向位移平均减少13.9%,利用ANSYS针对传动装置进行模态和静力学分析,其传动装置的1阶固有频率为676.94 Hz远大于减速器的振动频率73.91 Hz,不会引起传动装置共振,其输出法兰应力最大值为240.72 MPa小于其屈服极限,满足强度要求。

四驱方向盘拖拉机传动系统分析与优化

针对四驱方向盘拖拉机传动系统的结构特点,分析了其性能优势及存在问题,提出了相应的改进措施,改进后的四驱方向盘拖拉机结构简单,操作便捷,维修容易。测试结果表明,同步性有显著提高,可实现全档位同步。该研究成果可为今后四驱方向盘拖拉机传动系统的设计提供参考依据。

基于模糊PID控制的自适应喷雾系统设计与试验

针对现有果园风送式植保喷雾机的定量喷药装置,设计了一种基于模糊PID控制的自适应喷雾系统并进行分析试验。对喷雾机的结构进行设计,完成控制系统布置,使用模糊控制器对PID参数进行优化,并通过与传统PID控制器的仿真分析对比验证了模糊PID的控制效果。研究了自适应喷雾系统在实际作业过程中的喷洒效果,并验证了该系统在保证喷洒效果良好的情况下比连续喷药节约药液30%以上。该系统节省了劳动力,单人即可操作此风送式植保机。

自走式蔬菜园开沟施肥机的设计与试验

开沟施肥是蔬菜种植的重要环节,针对广西丘陵山地蔬菜种植区非结构化的地形,设计了一款自走式蔬菜园开沟施肥机以提高蔬菜园作业效率,并对关键部件进行设计与分析。田间试验表明,该自走式蔬菜园开沟施肥机作业时的最大负载爬坡角度为35°,最大行驶速度为4.13km/h,开沟最小转弯半径为410mm。开沟稳定性与施肥均匀性较好,基本满足丘陵山地农业作业的使用要求。

基于可变轴距拖拉机平台悬挂式农具的撒肥机研制

针对丘陵山地地块小、作物品种多,路窄弯多,从而导致有机肥利用率低的问题。利用山地铰接轮式可变轴距拖拉机作为平台悬挂机具的搭建平台,研制平台悬挂式撒肥机。利用EDEM软件对有机肥颗粒的运动进行分析,了解肥料受力以及速度变化的规律。最后,实现样机试制以及测试分析,并基于Design-Expert的正交试验设计和中心组合曲面响应设计。得出各因素对试验指标撒肥均匀分布变异系数影响的显著性由大到小依次为撒肥机行走速度、撒肥机圆盘转速、排料口处手柄调节高度;并以分布变异系数最小为原则,撒肥机行走速度在0.6 m/s,撒肥机圆盘转速在700 r/min,排料口处手柄调节高度为40 mm时,变异系数最小为8.24%。实现丘陵山地地区宽幅高效、均匀稳定的撒肥作业要求,降低生产成本并提高农作物耕种收综合机械化率达到60%。

全履带模块化无人农用动力底盘设计与仿真

针对丘陵山地等非结构化路面和复杂多样的作物生长环境,为了提高丘陵山地农业机械化率,在传统铰接式山地拖拉机传动系的设计基础上,设计了一款全履带模块化无人农用动力底盘;同时为改善农机的通过性和稳定性,设计了全履带车辆行走系统,并结合无人农用动力底盘的整体搭建,对履带行动装置基架与主动轮支撑件进行结构设计与拓扑优化分析;为提高整机使用率设计了前置农具挂载模块的快接装置和带PTO三点悬挂装置,通过更换不同机具可实现不同作业;为改善机动性,对无人农用动力底盘转向装置进行了设计,通过电机补偿动力差速转向,可实现驱动底盘的原地转向;最后对整机实现了数字化自动化改造,为将来的智能化制造奠定技术基础。

带四连杆滑轨机构卷扬机式自卸挂车设计

针对自卸挂车在举升过程中存在不平稳的情况和货箱在上装和下滑过程中缺少引导的问题,通过计算设计液压举升机构、选择卷扬机及卷扬机液压装卸系统,并基于遗传优化算法设计挂车尾部的四连杆滑轨机构.在理论方法中,得出了自卸挂车比较适合的液压举升机构、卷扬机系统及四连杆滑轨机构,并用四杆机构设计软件对四连杆滑轨机构进行分析校核.软件分析和模拟路径表明:四连杆滑轨机构最大摆角为85.43°,符合预期所需;四连杆滑轨机构的运动符合预定轨迹,并且运动状态无干涉现象.