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。

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。

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。

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。