电动自走式玉米-花生带状复合种植模式施药机设计与试验

针对玉米-花生带状复合种植模式施药农艺要求,设计了一款基于STM32单片机控制系统的电动自走式玉米-花生带状复合种植模式施药机。对施药机的驱动电机、转向机构、喷杆及防飘装置、施药管路等关键部件进行了选型与设计;采用流量传感器和速度传感器实时采集管路药液流量和底盘行驶速度,通过增量式PID算法实时调节比例控制阀开度,实现了变量施药控制;开发了基于Android手机的APP控制软件,实现了对施药机的远程控制。流量控制精度试验表明,调控后单个喷头目标流量与实际流量的相对误差η≤4.0%;变量施药试验表明,施药系统平均超调量为2.7%,施药量与理论值相差2.1%;雾滴沉积试验表明,雾滴沉积个数极差为4个/cm^(2),单位面积最低沉积量为35个/cm^(2),符合国家标准。

遥控自走式雪茄植株中下层烟叶植保喷雾机设计与试验

针对雪茄烟叶在旺长期及成熟期因植株高大及叶片生长致使烟田垄间空间小,且雪茄烟叶生产对烟叶色泽及完整度要求高,田间管理要求不能损伤烟叶,导致生产中雪茄烟叶植株中下层烟叶植保困难的问题,结合烟叶植株生长特征,设计了一种遥控自走式雪茄植株中下层烟叶植保喷雾机,该装置主要包括喷雾系统、履带底盘及控制系统,可实现装置在烟田垄间遥控行走、中下层烟叶喷雾及路况可视等功能。为获取烟株生长特征,运用三维激光扫描仪对其进行扫描并建立了植株叶片田间空间分布模型;根据烟叶田间分布特征,确定装置总体结构和工作方式;结合烟叶形态特征和植保农艺要求,对喷雾系统进行了结构设计及分析,确定了参数范围;根据田间作业需求,对履带底盘进行了动力学分析,对控制系统进行了设计。开展了场地试验,利用Box-Behnken优化了喷雾系统参数,当喷雾压力为0.65 MPa、喷嘴夹角为20.4°、喷嘴孔径为0.4 mm时,经垂直雾滴分布测量仪模拟雪茄烟叶叶片层垂直方向的药液附着性能试验表明,雾滴沉积量垂直分布满足雪茄烟叶植保要求。田间试验结果表明,雪茄植株中下层烟叶正面药液覆盖率为52%~83%,背面药液覆盖率为22%~45%,可实现雪茄植株中下层烟叶药液的有效喷施。

茶园自走式修剪机接触式循垄导航系统设计与试验

针对现有自走式茶园修剪机自动化程度低、驾驶员操控难度大等问题,该研究结合茶垄轮廓边界结构化特点,提出一种接触式自动循垄导航系统及其控制算法。设计了基于激光测距传感器的接触式自动循垄检测机构,通过分析修剪机相对于茶垄的4种位姿状态,推导出修剪机的运动学导航模型,进而获取修剪机的位姿信息。基于运动学导航模型设计LQR(linear quadratic regulator,线性二次型调节器)算法控制器,以检测机构实时获取的修剪机位姿信息为输入,经导航控制器计算后输出转向信号至步进电机实现自动纠偏。茶园田间试验结果表明,修剪机以0.2、0.4与0.6 m/s速度进行自动循垄,最大绝对偏差不超过0.134 m,平均绝对偏差最大值不超过0.107 m,标准差最大值不超过0.105 m,平均绝对偏差与标准差随着行驶速度的增大而增大,但均不超过0.15 m,满足自走式修剪机在实际茶园环境下的循垄精度要求。研究结果可为茶园自走式修剪机的自动导航提供技术参考。

多功能自走式生姜联合收获机的研制

生姜收获具有劳动强度大、成本高、效率低,生姜怕伤、易碎、怕冻的特点,研制了高质、高效生姜联合收获机,设备具有挖掘、姜母回收、削苗、装箱等功能。设备主要由破土减阻机构、夹拔提升机构、姜母回收机构、姜秧切削机构、姜秧打捆机构5部分组成,生姜收获机的研究对促进生姜产业健康发展、提高农民收入、降低劳动强度具有非常现实的意义。

自走式温室喷药机器人的设计

为了减少农药资源的浪费和环境污染,提高温室内农作物的喷洒效率,设计了一款自走式温室喷药机器人,确定了喷药机器人底盘、风送喷雾系统、激光雷达系统等关键部件的选型与结构设计,选用激光雷达为外部传感器,通过构建地图实现温室内复杂路径的规划,完成自主导航,并配备适用不同农作物高度的可伸缩喷药管,应用ROS机器人控制系统控制各部件协同工作,完成温室内自主喷药作业。

跨行自走式除草机器人设计及仿真分析——基于EDEM

杂草去除是农业生产中不可避免的问题,因此设计了一种跨行自走式除草机器人,能够同时实现行间和株间除草,且行间除草的同时能够起到深松土壤的作用。通过曲柄摇杆机构实现除草刀的摆动,来避开农作物。利用EDEM软件对固定除草深度和速度下不同入土角度的除草过程进行仿真分析,结果表明:相同除草深度和速度下,除草刀具受力随着入土角度的增大而先减小后增大;行间除草刀具选取45°入土角为最优工作参数,株间除草刀具选取60°入土角为最优工作参数;通过仿真计算土壤蓬松度和土壤扰动系数,得到的结果是土壤蓬松度在10%~40%之间、土壤扰动系数大于50%,符合松土壤扰动效果的评价指标。

自走式果园喷雾机设计与试验

针对新疆果园喷雾施药作业劳动强度大、雾滴穿透性差、机具适用范围小等问题,结合果园农机农艺及病虫害防治要求,设计了一款自走式果园喷雾机,主要由履带式行走系统、喷雾系统和远程控制系统等组成。通过计算分析确定各部分主要结构参数,并通过有限元模拟分析机架结构合理性。为验证喷雾机作业性能,以喷头流量为试验因素,以喷雾附着率与喷雾穿透性为试验指标,针对整机喷杆喷雾装置与风送喷雾装置开展田间试验。结果表明:在相同工作条件下,喷杆式喷雾装置平均喷雾附着率高于风送式喷雾装置,两种喷雾装置平均喷雾附着率分别为71.99%与66.35%,均能满足喷雾附着要求。在穿透性试验中,风送式喷雾装置内外冠层药液沉积变异系数平均比喷杆式喷雾装置小14%,风送式喷雾装置穿透性明显强于喷杆式喷雾装置。喷雾机两种喷雾装置在附着率与穿透性上都有较好的作业效果,可根据果树不同生长时期以及不同农艺需求选择适合的喷雾方式,来达到更好的喷雾效果。

床箱自走式立体智能种植装置开发与应用

立体种植装置是植物工厂领域常见的设施设备,层数较高的固定式立体种植装置往往会给种植栽培过程带来诸多麻烦且劳动效率较低,为改善这种现状,设计了一种床箱自走式立体智能种植装置。该装置主要由栽培架、栽培床箱升降装置、灌溉系统和控制系统组成,可自动实现栽培装箱的升降及推送过程,高效完成叶菜等作物的立体种植过程,叶菜年产量可达23万颗左右。该装置较大程度上解决了植物工厂领域层架栽培模式费时费力的问题,提高栽培效率,为立体种植装置的设计提供参考。

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。

GZ350型自走式果园高架机的设计与试验

为提高果园管理中果树修剪与采摘的效率,设计了一款内燃机驱动、具有侧倾角调节和升降控制功能的自走式果园高架机。在确定果园高架机总体技术要求基础上,对其工作原理、结构特点进行分析,通过理论计算,对高架机的关键部件进行设计与选型,采用三维软件对高架机进行建模,且加工生产样机进行测试试验。试验结果表明:整机最大行驶速度为3.7km/h,最小离地间隙高度为85mm,升降高度调节范围为650~3000mm,最大运载负载为350kg,最大举升负载为210kg,能够满足一般果园采摘与管理等作业,可提高农业作业安全性,降低人员劳动强度。

自走式四轮植保机转向系统结构设计与研究

为适应目前低成本、高效率的四轮自走式植保机的转向系统需求。根据四轮自走式植保机的运动特性及结构特点,结合目前转向系统的优缺点以及万向轮的功用,设计出一种双轮驱动的万向轮转向系统,通过运动学理论分析和实践检验证明该结构满足要求,为自走式植保机械的进一步发展提供了动力。

自走式枸杞采摘机机架有限元分析

为研制具有足够强度和刚度的机架,以满足采摘机的作业需求,采用仿真软件Ansys Workbench对枸杞采摘机的机架进行准静态结构分析和模态分析,确定采摘机的最佳振动频率,避免采摘机发生共振现象。结果显示,在一阶模态下采摘机的固有频率最低,其最低固有频率为36.582 Hz,采摘机的振动频率区间为10.094~14.498 Hz,低于机架最低固有频率,采摘机作业时不会发生共振现象。可为自走式枸杞采摘机结构优化提供参考。

自走式桑葚采摘机行驶液压系统的设计与仿真

针对海南桑葚的种植模式,设计一种自走式桑葚采摘机的结构以及行驶液压系统。简要介绍该机的主要参数、结构和工作原理,完成行驶液压系统的马达以及泵的选型。利用AMESim软件对行走液压系统进行建模与仿真,模拟正常行驶工况与右前轮打滑工况,仿真表明:采摘机的液压系统符合设计要求,为其他采摘机行驶液压系统设计提供了参考。

履带型自走式韭菜收割机设计与试验

目前我国韭菜收割作业多采用人工方式,效率低且成本高。为解决这一问题,设计了一种履带型自走式韭菜收割机,该机整体尺寸较小,结构紧凑,采用直流电机驱动,可实现原地转向。同时,装备了传感器系统,具备自主避障功能,并可根据实际需要随时调整割刀高度。田间试验表明,该设备加速流畅,非工作期间稳定行驶速度可达4 m/s,工作期间平均收割速度可达0.18 m/s,能很好地完成韭菜收割工作并通过夹持机构向后完成韭菜传输,符合设计预期及机械化收割相关标准。该收割机有效地提高了收割效率,降低了人工成本,为设计研发类似的小型收割机构提供了一定的参考价值。

电动履带自走式烟苗多功能作业机设计与栽植性能试验

针对烟苗在各生长作业环节中使用的是单功能作业机,存在操作繁琐、机械使用成本高等问题,设计了一种电动履带自走式烟苗多功能作业机。根据理论分析对龙门履带式底盘平台、整(修)垄、移栽、覆膜与滴灌带铺设、植保、打顶抑芽、运输等模块进行结构设计,配置了增程式动力系统和无人驾驶导航系统,并进行了样机加工与装配。开展了整机的烟苗栽植性能试验,结果表明,漏栽率和埋苗率分别为0.7%和0.2%,移栽效率为0.19 hm~2/h,所设计的模块化烟苗多功能作业机移栽效果较好,既满足烟苗移栽农艺要求又实现了一机多用,拓展烟苗移栽机的使用时间和空间,为多功能烟苗移栽机设计与发展提供强有力的理论基础。

4WID高地隙自走式电动喷雾机定速巡航控制方法

针对4WID高地隙自走式电动喷雾机在复杂工况下,面对来自外部道路坡度改变及内部药液喷洒带来整备质量下降,从而导致喷雾机行驶速度稳定性差、作业质量恶化等问题,在分析4WID高地隙自走式电动喷雾机结构与纵向动力学特性基础上,设计一种定速巡航分层控制算法。控制算法模型接收用户设定的期望行驶车速,经过算法计算后对纵向动力学系统模型输入加速度控制信号,实现喷雾机对期望车速的跟踪。搭建的纵向动力学系统结构主要包括5个部分:逆纵向动力学模型、加速与制动切换模型、转矩分配模型、电机模型和纵向动力学模型。通过对斜坡行驶状态下喷雾机的车身状态进行受力分析可获得其逆纵向动力学及纵向动力学模型;同时,为建立合理的四轮转矩分配策略,在喷雾机车身同时具有俯仰及侧倾的条件下进行分析,以各驱动轮的附着率作为分配依据,满足不同工况下各车轮的最佳驱动力矩,确保喷雾机动力的均衡性。模型定速巡航控制采用分层控制方法,通过建立上层PID控制及下层的模糊PID控制实现对喷雾机车速的有效跟踪,通过制定模糊控制规则,自动对下层控制器的PID参数进行整定,保证在各种复杂工况下喷雾机定速巡航系统的良好适应性。应用Matlab/Simulink建立控制模型,对控制系统进行仿真分析。试验结果表明,在典型工况下,设计的定速巡航控制系统能够有效地对喷雾机的速度进行控制。具体而言,在系统输入外部干扰及自重变化条件下,该控制系统的表现良好,超调量在2%以内,响应时间小于0.2 s,稳态误差趋于0,验证了所采用控制算法的准确性。

自走式联合收割机侧翻动力学建模与分析

自走式联合收割机进行田间作业及短距离跨区行驶过程中会出现侧翻现象,是影响田间作业效率及田间安全驾驶的重要因素。针对以上问题,基于自走式联合收割机后轮转向、前轮制动、车轮侧滑和轮胎横向偏斜等关键因素,建立了非稳态横向多自由度(multi-DOF)运动学模型,并通过对整车进行运动学分析和车轮的旋转动力学分析,得到轮胎侧向偏转角、联合收割机质心运动学参数、后轮转向角和车速之间的数学关系。同时,建立联合收割机横向载荷传递比(LTR)模型,评估收割机侧翻临界状态,揭示了结构几何、转向角和制动力矩对联合收割机LTR的影响,并以后轮转向角和前轮制动力矩为模型输入,建立侧翻机构,通过数值计算得到了参数的安全区间。研究结果可为联合收割机的动态设计、控制和侧翻保护提供理论参考和技术支撑。

基于3C认证的自走式喷杆喷雾机产品现状与展望

随着植保机械研发水平的提高,自走式喷杆喷雾机成为重要的植保机械之一,其认证产品不断变化和改进。对3C认证的自走式喷杆喷雾机发展现状进行研究总结,近三年植保机械强制性认证新增初审或扩项产品共1366个,其中自走式喷杆喷雾机占比最高约70%;农机3C认证采信补贴政策等推动我国自走式喷杆喷雾机的认证新产品和新技术发展,促进多系统分控、药液防干涉、喷雾防飘移、喷幅匹配和变量控制等技术实际应用。分析自走式喷杆喷雾机认证产品的发展趋势,未来将向高效化、智能化、绿色环保、安全防护、多功能化和高适应性等方面发展。为推动自走式喷杆喷雾机行业的健康发展,提出加大政策支持、加强认证制度研究、强化政府监督力度、提高产品作业质量、积极参与国际合作等建议。为植保机械的研究发展和实际应用提供参考。

我国自走式喷雾机技术进展

在研究分析我国自走式喷雾机技术现状的基础上,介绍典型的自走式喷雾机产品技术特征,并概述了我国自走式喷雾机发展趋势,为今后研究技术和性能先进的自走式喷雾机提供参考。

国外自走式喷雾机市场概况

自走式喷雾机通过自动化控制和精准导航,能够实现对农田作物的均匀、快速喷雾作业,显著提高作业效率和防治效果。分析了国外自走式喷雾机市场现况,简单介绍具有代表性的品牌与产品,指出自走式喷雾机未来发展方向,为国内涉及其研发、生产或使用的企业与单位提供参考。