电动叶菜收获机速度协同控制系统设计与试验

针对电动叶菜收获机切割、输送和行走三者速度不协调导致的叶菜损伤率高、功耗大和收获效率低等问题,开发了一种电动叶菜收获机速度协同控制系统。系统以可编程逻辑控制器为核心,利用信息传感模块对割刀电机的电流、电压和转速进行数据采集;主控模块根据速度协同控制算法对采集信号进行处理,得到负载信息并协同切割、输送和行走三者速度。田间试验结果表明:系统稳定可靠,能够根据收获情况动态协同各部件速度参数,叶菜损伤率为8.88%;与传统定速控制方法相比,收获机功耗降低了13.1%,收获效率提升了33.4%。

鲜食玉米收获机果穗箱减损导流装置设计与试验

针对鲜食玉米联合收获机作业过程中,玉米果穗从输送带上掉落直接砸到果穗箱底板或者果穗先撞击到果穗箱后方侧板再弹跳到底板,二次撞击造成果穗损伤严重的问题,设计了能使果穗减少损伤的果穗箱减损导流装置。该装置焊接在果穗箱体上,由倾斜底板和果穗箱后方侧板与底板连接部分组成。通过对鲜食玉米进行滚动摩擦试验,将果穗箱倾斜底板的倾角设计为8°;通过对输送带上和离开输送带抛入到空中的玉米果穗进行运动学分析,将果穗箱后方侧板与底板连接部分设计为最速降线,并根据安装位置及尺寸计算出最速降线的参数。为了验证减损导流装置的作业性能,用不含减损导流装置的果穗箱和含有减损导流装置果穗箱的两台鲜食玉米收获机以6、8、10 km/h前进速度进行田间作业试验,结果表明:不同作业速度下,使用含有减损导流装置的果穗箱的底层玉米平均损伤率低于不含减损导流装置的果穗箱,该设计装置符合作业要求。

基于气流运送的榛子收获机设计与试验

榛子多种植于丘陵山区,受地形影响大型收获机械难以在果树间工作,故成熟期落地榛子多由人工进行捡拾,工作效率低、成本高,制约了我国榛子产业的健康发展。针对这一问题,设计了一种基于气流运送的榛子收获机。该机采用气力式捡拾,通过气送管道将榛子吸入到气吸沉降室内,经喂入滚筒送入脱苞、筛分滚筒进行榛子脱苞和脱苞后的物料筛分,再经清选舱装置进行杂质清选,完成落地榛子的收获。通过田间试验研究风机转速、气送管道移动速度和筛分滚筒转速对榛子收获捡拾率和含杂率的影响,结果表明:在风机转速3 500 r/min、筛分滚筒转速30 r/min和气送管道移动速度0.6 m/s下,收获质量最佳。

履带式王草收获机驱动系统设计

王草是优质的多年生饲草作物,在我国南方地区广泛种植,具有直立簇生的特征,机械化平茬收获难度大。为此,基于王草机械化收获的技术要求,提出了一种驱动系统技术方案,介绍了其结构组成和工作原理,设计研制了驱动系统。经过理论分析与计算,完成了驱动系统的主要参数匹配,并实现了驱动系统的样机搭载。性能试验表明:样机最高行驶速度可达9.13 km/h,能够在低速挡位内无级变速,直行偏驶率为4.115%,达到了王草机械化收获的作业要求。

4UM-900B型可调马铃薯收获机设计与试验

贵州马铃薯种植的土壤多样化,有粘性,有沙性,有板结,有疏松。为此,针对不同土壤条件下种植的马铃薯,设计了一种可调液压驱动马铃薯收获机,通过调节挖掘铲角度挖出土垡,通过振动筛振幅、频率调节进行分离,主要解决不同土壤条件下马铃薯粘泥脱落困难的问题。论述了整机结构与原理,并对挖掘铲安装角度、限深镇压轮深度调节和振动筛机构进行理论分析,得出数据应用于实体样机,进行马铃薯收获试验,结果表明:挖掘深度在25~30 cm条件下,挖掘铲安装角度为20°时,挖掘作业较稳定,挖净率较高、损伤率较低,且马铃薯薯土分离率随振幅与振频成正相关。研究结果对降低贵州马铃薯种植成本,推动贵州马铃薯种植机械化具有重要意义。

马铃薯收获机多级输送装置机械损伤研究

针对目前传统马铃薯收获机分离装置存在伤薯率高、筛分率低的问题,通过对马铃薯一级输送装置运动、薯土分离耦合机理和作业过程中马铃薯碰撞损伤的分析,确定了以一级输送装置输送带倾角、运行速度、振幅和振频为试验因素,以筛分效率和伤薯率为试验指标进行正交试验。对正交试验结果建立数学模型并进行参数的优化求解,确定当输送带倾角24°、升运带运行速度1.4 m/s、振幅27 mm、振频5.9 Hz为装置优化参数进行作业时,与传统作业方式相比薯土分离效率提高5.859%,伤薯率降低3.738%,能更好地满足实际马铃薯收获作业的要求。为解决马铃薯机器挖掘与人工捡拾工作效率不匹配的矛盾,设计了马铃薯升运装车液压系统,分析了二级输送装置驱动马达的压力和流量特性,结果表明:二级输送装置液压回路中安装液压单向限流阀,油路中流量与压力趋于稳定,有效地提高了系统稳定性,为大型马铃薯联合收获机的研制提供了理论基础。

大喂入量履带式联合收获机载荷测试系统构建与分析

为了给大喂入量联合收获机传动系统的设计和动力分配提供科学合理的依据,需要得到主要工作部件在不同工况下的工作载荷。为此,以沃得公司的巨龙360型履带式联合收获机为样机(发动机额定功率128.5 kW、喂入量≥10 kg/s),并根据样机的结构特点设计了履带式联合收获机载荷测试系统。同时,在田间试验时测得了主要工作部件的载荷信号,旨在为大喂入量履带式联合收获机的传动系统设计及动力分配提供数据支持。

基于CFD-DEM的种子联合收获机气流清种仿真分析

针对现有种子联合收获机在收获后籽粒输运搅龙、杂余搅龙和卸粮搅龙处会残留种子的问题,在上述部位添加了清种气流,并分析在这些机构内使用气流清理残留种粒的可行性。从螺旋搅龙转速和清种入口气流速度这两个因素对清种效果的影响进行研究,开展卸粮搅龙机构内气固两相流的数值仿真,并基于计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)进行耦合求解,获得了清种过程中气相与颗粒相的速度分布及运动轨迹。结果表明:螺旋搅龙的运动状态对清种气流的通过性有显著影响;当螺旋搅龙处在高转速状态时,清种气流衰减速度较快,此状态下难以有效地利用气流进行清种;气流速度对清种效果影响显著,余种数量和清种所用时间随气流速度升高而降低,但当气流速度过快时会使种子撞击在螺旋搅龙叶片上产生反流和飞溅现象,从而影响清种效果。仿真表明,最优清种气流速度为50 m/s。

基于薯类收获机的装配式设计可行性分析

以进一步提升薯类收获机的综合作业效率为目标,从产品设计最优化角度入手,针对其结构装配及作业控制展开研究。考虑薯类收获机的作业对象特点及设计指标要求,采用机械装配式设计的实现机理,搭建用于薯类收获机装配式设计的精确处理模型,进行核心零部件的设计装配,通过执行过程的控制监测,完成薯类收获机的装配式设计整机呈现。进行挖掘马铃薯的作业试验,结果表明:基于薯类收获机的装配式设计正确可行,整机装配精度可达97.58%,各项作业指标良好,破损率可降低至2.78%;当作业速度为0.8 m/s、振动转速为90 r/min时,明薯率可达96.70%,优于薯类收获的设计指标要求,具有较高的适用性与可靠性。

大蒜收获机设计与试验研究

针对大蒜收获过程中蒜农劳动强度大、收获效率低、蒜茎未被收获等问题,设计了一种大蒜收获机,阐述了其主要结构与工作原理,并对挖掘输送装置和蒜茎切割装置等关键部件进行了研究。以前进速度、入土角和切割速度为试验因素,以大蒜挖出率和收集蒜茎率为试验指标,进行响应面试验设计及其参数优化,完成大蒜和蒜茎收获试验。结果表明:当前进速度0.25 m/s、入土角15°、切割速度0.3 m/s时,大蒜挖出率为94.2%,收集蒜茎率为92.4%。研究结果可为大蒜收获机的研发提供设计依据。

收获工况对甘蔗联合收获机关键机构功耗的影响

为提高甘蔗联合收获机对不同收获天气、不同甘蔗疏密程度,以及不同收获地形的适应性,将甘蔗联合收获机的收获工况分为晴天收获、雨天收获、甘蔗密度较疏收获、甘蔗密度较密收获、上坡收获和下坡收获6种工况,并对其关键机构进行功耗研究。田间试验结果可为甘蔗联合收获机的动力系统设计和动力分配提供依据。

整杆式甘蔗收获机喂入量识别方法研究

甘蔗收获机输送系统堵塞是影响收获机工作效率的主要因素之一,而喂入量过大是导致收获机堵塞情况发生的主要原因。在甘蔗输送条件复杂情况下传统的接触式检测方法存在精度降低等问题,所以提出一种基于视觉识别检测喂入量的方法。为提高喂入量的计算精度,通过改进的SGBM算法建立三维数据模型,在优化过程中利用SIFT进行特征提取,提高算法在遮挡等复杂情况下对甘蔗的三维重建精度和鲁棒性,最后进行喂入量计算。试验结果表明,在喂入1~5根甘蔗时,改进后的算法平均体积误差分别减少3.26%、5.68%、6.32%、8.45%、7.81%,存在蔗叶遮挡时分别减少6.29%、4.24%、6.15%、12%、10.28%,该方法实现在输送样机上对甘蔗喂入量的准确识别。

鲜食玉米收获机高净度清选智能测产装置研究

为改善国内小区鲜食玉米育种测产机械装备缺乏、小区鲜食玉米种子清选和测产过程完全依靠人工的现状,设计一种小区鲜食玉米种子高净度清选智能测产装置。该装置采用双层网筛、风力清选、智能测产流程完成高净度清选及测产作业,实现种子高净度清选和智能测产的作业要求。以上筛夹角、下筛夹角和螺旋分离装置入口风速为试验因素,以作业时千克籽粒含杂率为试验指标进行正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型,并进行试验验证。结果表明:上筛夹角为14.0°,下筛夹角为4.0°,螺旋清选装置入口风速为27.0 m/s时为最佳作业组合,此参数组合下,鲜食玉米籽粒千克籽粒含杂率为1.2%,籽粒残留清理合格率为99.69%,测产平均误差为0.412%,籽粒含水率测量平均误差为3.57%,玉米种子千粒质量测量平均误差为0.276%。为小区鲜食玉米种子的高净度清选以及智能测产提供研究基础。

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。

收获机用静液压传动装置操纵力特性研究

由于静液压无级变速驱动技术操作便利,现有玉米收获机多采用静液压传动方式,传动系统包括发动机、静液压传动装置和机械式变速箱等部件。目前多数收获机是驾驶员通过机械手柄控制HST工作速度,田间收获时,驾驶员需要根据地势、玉米长势及种植密度等多种因素实时调整发动机转速、HST变量泵排量和收获机作业状态,需要频繁扳动手柄,驾驶员易疲劳,造成收获机行驶速度控制不准确,影响了玉米收获效率。为了减轻驾驶员的劳动强度,提高HST的速度控制精度和收获效率,本文从静液压传动装置的操纵力特性研究的角度出发,设计了静液压传动装置操纵力特性试验台,测量出HST调节手柄实际扭矩值,为把静液压传动装置从手动机械控制改为电机驱动自动控制提供设计所需要的基础数据。

小型玉米收获机车身调平系统研究

为了提高小型两行轮式玉米收获机在复杂地形的作业能力,设计了一种三点调平装置,建立了调平模型并对其进行了理论分析,并设计了调平控制系统。在此基础上,设计并制造了试验用车,对倾角信号进行滤波处理后,进行了调平试验。试验结果表明:车身左倾最大调平角度是15°,右倾最大调平角度是17.5°,前倾最大调平角度是12.5°,后倾最大调平角度是17.5°,验证了自动调平机构和控制系统的可靠性和实用性。设计的针对4YZ-2玉米收获机的三点调平装置和调平控制系统可为玉米收获机自适应调平提供了研究基础,并为其他行走农业机械的调平设计提供了新思路。

牵引式油莎豆收获机设计与试验

根据东北地区油莎豆收获的农艺要求以及土地情况,为切实解决油莎豆收获机械化程度低、收获成本高、油莎豆根、豆、土分离困难的问题,设计一种牵引式油莎豆收获机。通过升运网链系统、脱粒滚筒、双层4阶4箱式逐稿器分离装置、清选风机和具有漏土功能的籽粒输送系统等工作部件,使油莎豆收获过程具有良好的分离性、流动性和多重清选功能,可有效防止根茎的缠绕、筛网堵塞和分离不净等问题。田间作业试验结果表明:该机具有动力消耗小、作业效率高等特点,样机的整体收获洁净率可达到90.86%。

丘陵山地小型窄幅分段式大豆收获机设计与试验

针对丘陵山地大豆收获小型宜机机具缺乏、损失率和破损率高等问题,设计一种丘陵山地小型窄幅分段式大豆收获机,该装置主要由拨禾轮、往复式割刀、输送链板等部件组成,主要围绕丘陵山地地貌特征、大豆植物生理学特性、收获及作业过程装备的动力学行为,优化拨禾轮的转速、安装高度、割刀往复速度、割刀和输送链板结构等参数。基于响应面单因素试验研究各因素对损失率、破损率影响的显著性大小顺序为:拨禾轮转速>割刀切割速度>拨禾轮高度。通过参数优化分析,确定大豆收获的最优作业参数组合为:拨禾轮转速51 r·min^(-1)、拨禾轮高度78 cm、割刀切割速度1.5 m·s^(-1),预测损失率为1.57%,破损率为1.4%。在最优工况下进行田间试验,结果表明收获机损失率由最高2.21%降为1.60%,破损率由最高2.03%降为1.35%,各指标实测值与模型优化值的相对误差均小于3%,满足国家相关标准要求。

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。

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为:链筛线速度1.151 m/s、折弯高度27.779 mm、振频9.561 Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2 m/s、折弯高度为28 mm、振频为9.5 Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。