大豆收获机割台高度自动控制系统设计与试验

针对现有大豆收获机割台高度自动控制系统成本较高、可靠性较差的问题,研制一种基于恶劣环境运动控制器的割台高度自动控制系统。该系统由割台、仿形机构、ECU控制单元、液压系统和HMI触摸屏等组成。在阐述控制系统工作原理的基础上,设计仿形机构及硬件电路。为提高系统可靠性,选用SPC-SFMC-X2214运动控制器为ECU,基于CODESYS软件编写自动控制程序,基于工业触摸屏开发人机交互界面。田间对比试验结果表明,开启割台高度自动控制系统作业时,割茬平均高度与设定的割茬高度偏差4 mm,割茬高度变异系数为0.1,相比人工对照组降低28.6%,割台高度控制精度为93%,相比人工对照组提高32.9%,该系统提高大豆割茬高度的整体稳定性,控制精度高,工作稳定性较好,能够满足大豆低割收获要求。

大豆玉米带状复合种植全程机械化关键技术与装备

针对现阶段我国大豆、玉米进口逐年增加,粮食安全有较大隐患的问题,我国启动大豆和油料产能提升工程,大力推广大豆玉米带状复合种植技术。大豆玉米带状复合种植农艺以“选配良种、扩间增光、缩株保密”为核心,以“减量一体化施肥、化控抗倒、绿色防控”配套,对农业机械提出提升通过性能、提高作业效率的总体要求,在播种方面发展小株距精密播种技术、大豆玉米播种分控技术、玉米大排量施肥技术、秸秆防堵技术、均匀接行技术;在田间管理方面发展双喷雾系统分带定向施药技术、自适应喷杆调节技术、植保机轮距调节技术、防飘移喷雾技术;在收获方面发展密植玉米低损摘穗技术、玉米低损低破碎脱粒技术、大豆低损割台技术、大豆低破碎柔性脱粒技术、大豆高效清选技术、大豆低破碎籽粒输送技术、大豆机收质量在线检测技术。现阶段需优化大豆玉米带状复合种植全程机械化装备,进一步结合大豆玉米带状复合种植的农艺特点与作业机具特性,加强理论研究,促进农机农艺进一步融合,加强创新机具研发,提高机具对种植模式的适应性。

大豆联合收获机拨禾轮作用机理分析与参数优化

为降低大豆联合收获机割台损失率,本文通过分析收获过程得出拨禾轮作用范围、茎秆回弹、拨禾轮高度对割台损失率的影响规律;以最小割台损失率为目标,利用ANSYS-ADAMS联合仿真探究收获不同高度大豆的拨禾轮最优参数。使用ANSYS软件建立大豆植株柔性模型,在ADAMS软件中建立拨禾轮-大豆茎秆刚柔耦合模型,通过单因素预试验确定关键参数的范围,以大豆联合收获机拨禾轮高度、拨禾速比、拨禾轮前移距离和大豆植株高度为试验因素,以拨禾轮对大豆茎秆的碰撞力、拨禾轮作用程度为指标开展四因素五水平二次回归中心组合仿真试验,建立了试验因素与试验指标间的数学模型,建立以作用程度最大、拨禾碰撞力最小为目标的优化方程,确定大豆联合收获机拨禾轮最优拨禾速比、最优前移距离、最优高度与大豆植株高度之间存在线性对应关系,大豆联合收获机拔禾轮参数对碰撞力与作用程度影响主次顺序为:拨禾速比、拨禾轮高度、拨禾轮前移距离。开展以拨禾轮高度、拨禾速比、拨禾轮前移距离为因素,以拨禾轮对大豆茎秆的碰撞力、拨禾轮作用程度为指标的仿真试验和以割台损失率为指标的田间试验,模型计算与仿真的碰撞力偏差平均为1.18 N,拨禾轮作用程度偏差量平均为4.80%,仿真模型准确;在理论最优拨禾轮参数组合下,大豆联合收获机割台损失率最小,参数优化结果准确。本研究可为大豆联合收获机拨禾轮参数优化和降低割台损失提供参考。

高速插秧机自动转向系统研制

高速插秧机的液压助力转向装置为整体式安装,不能通过并联油路的方式实现其自动转向。为此,研制了以无刷电机作为动力源的电动自动转向系统,主要包括转角传感器、转向控制器、无刷电机及其驱动器和辅助传动机构。转角传感器用以测量高速插秧机的前轮转向角,转向控制器读取前轮的转向角度,基于数字PID控制方法计算无刷电机的旋转速度和旋转方向并将控制信号发送至电机驱动器。田间测试结果表明:自动转向系统在[-10°,10°]范围内的转向控制误差小于1°、均方根误差小于1°,具备良好的控制稳定性和可靠性,能够满足高速插秧机田间自动导航的基本要求。

高地隙植保机喷杆自动控制装置研制

高地隙植保机作为一类面向田间管理的农业机械,具有较大的离地间隙和作业幅宽,用以完成施肥施药等作业任务。由于喷药过程中存在雾滴漂移现象,操作人员必须穿戴防护装备以降低作业安全风险。针对这一问题,远程遥控和自动导航等智能控制技术越来越多地应用于高地隙植保机,而喷杆自动控制是实现高地隙植保机智能控制的前提。为此,以雷沃ARBOS高地隙植保机为试验平台,研制了具备串口通信功能的喷杆自动控制装置,主要由自动控制单元、数据处理单元、继电器模组、遥控器与接收机组成。数据处理单元用以接收遥控器发出的操作信号,通过串口将控制指令发送至自动控制单元;自动控制单元接收和解析控制指令,向继电器模组发送控制信号以实现喷杆的伸展和高度调节及液泵的起停。试验结果表明:喷杆自动控制装置能够按照遥控器操作指令完成喷杆和液泵的控制,其控制稳定性和可靠性能够满足高地隙植保机智能控制的基本要求。

基于MBD-DEM耦合的联合收获机割台仿形机构设计与试验

为提高联合收获机割台仿形机构对田间地形变化感知的灵敏度和对田间地形仿形的准确度,该研究设计了一种主-副板压紧式割台仿形机构。基于对仿形机构的理论分析,以割台对副仿形板作用力、土壤对主仿形板作用力和土壤下陷距离为试验指标,以弹簧刚度系数、弹簧初始长度、副仿形板长度和主仿形板长度为因素,设计了二次回归通用旋转组合优化试验。运用粒子群优化算法确定各因素水平范围,基于多体动力学(Multi-Body Dynamics,MBD)-离散元(Discrete Element Method,DEM)耦合方法进行仿真试验,建立了各因素与指标间的数学回归模型。对模型进行参数优化,得到最优参数组合为:弹簧刚度系数464 N/m,弹簧初始长度90 mm,副仿形板长度484 mm,主仿形板长度450 mm。主、副仿形板宽度200 mm,材料为301不锈钢,弹簧材料为碳素弹簧钢丝,直径2 mm,外径20 mm,有效圈数45圈。田间试验结果表明:割台对副仿形板作用力均大于0,表明仿形机构始终处于正常工作状态,土壤对主仿形板平均作用力分别为85.23、85.80和86.08 N,与预测值基本一致,表明仿形机构感知地形变化较灵敏,对应的土壤平均下陷距离分别为5.4、7.1和6.4mm,均小于10mm,表明仿形机构对田间地形仿形准确度较高,参数设计合理。研究结果可为联合收获机割台仿形系统设计提供参考。

履带式联合收获机全向调平底盘设计与试验

针对履带式联合收获机在不平坦地表作业时,车体随地形起伏而倾斜,造成作业效率降低、驾驶员舒适性变差、安全性降低的问题,设计了一种履带式联合收获机全向调平底盘。该底盘由上架、下架、升降机构和电液控制系统组成,可实现联合收获机底盘倾斜时的自动与手动调节,纵向调节范围为-5°~7°,横向调节范围为-6.5°~6.5°,底盘最大提升高度为130 mm。阐述了全向调平底盘的工作原理、电液控制系统结构与调平控制策略,进行了针对底盘性能的静态与动态调平的验证试验。静态调平试验对底盘前最低、后最低、左最低、右最低、左前最低、右前最低、左后最低、右后最低8种倾斜状态进行调平,结果表明,自动调平系统最长调节时间为8.2 s,平均调节时间4.2 s,倾斜度调节误差最大值为0.67°。动态调平试验针对自动调平控制、手动调平控制和固定地隙调平控制3种调平控制模式,进行了坡地、畦沟田块、水田等地形下的调平对比试验。在坡地与畦沟田块试验中,自动调平控制模式可以改善底盘的倾斜状态,提高底盘的稳定性;手动调平控制模式有一定的调节作用,但调节稳定性较差。在水田试验中,自动调平控制模式调平效果优于坡地与畦沟田块,说明在地形起伏较小的条件下,自动调平控制系统调平效果更好。动态调平试验表明,自动调平系统可以减小底盘倾斜度,提高底盘稳定性,增强联合收获机对不平坦地表的适应性。

农业机械无人驾驶系统关键技术研究进展

农业机械无人驾驶系统是实现精准农业的基础,研究和发展农业机械无人驾驶系统是缓解我国劳动力短缺、实现精准农业的有效途径。介绍国内外在农业机械导航定位技术、导航路径规划技术和自动转向技术等方面取得的最新进展,分别阐述了基于GPS定位技术、北斗定位技术和视觉导航的农业机械导航定位技术,阐述基于全覆盖路径规划和全局点到点路径规划的全局路径规划算法,基于避障和跟踪的局部路径规划,以及基于电机动力和电控液压的自动转向技术。这些技术经过多年的发展已经比较成熟,在农业生产实践中得到了广泛应用,但仍存在许多问题,包括定位技术容易受环境干扰,路径规划技术数据利用率较低和对环境信息依赖程度较高,自动转向技术改装过程复杂和在恶劣的田间作业容易损坏且不易维修。在此基础上,提出组合导航、多传感器融合技术、模块化自动转向装置是农机无人驾驶系统未来的研究方向。