改进遗传算法的果园割草机作业路径规划

为提高果园割草机的工作效率,解决割草机路径规划问题,提出一种改进遗传算法(improved genetic algorithm,IGA)。通过对不同作业场景的分析,将割草机的路径规划问题转化为对作业行的调度排序问题,根据割草机的作业环境建立数学模型。在GA(genetic algorithm)的基础上,采用动态线性标定方式,放大适应度值之间的差异,设计适应度函数并通过对算子优化,在保证遗传算法搜索能力的同时,提高算法的性能和收敛速度。设计不同参数的15种果园进行仿真试验,选择2块标准化果园进行田间试验,验证改进遗传算法的性能。结果表明,改进后的遗传算法具有更好的寻优性能和收敛速度,能高效地解决果园中割草机的路径规划问题。

果园避障割草机障碍物检测技术研究进展

在果园管理环节中,除草工作尤为关键,它不仅关乎果园的整洁度,还直接影响到果树的生长环境和果实的品质。现有的果园割草机械在处理行列间隙和植株间的杂草时存在明显不足。鉴于此,国内外研究者致力于开发具备障碍物避让功能的割草机械,以提高除草效率和效果。在综合评述当前果园避障割草机研究进展的基础上,探讨了避障机制和障碍物识别技术,并分析了现有技术在通用性、创新性和智能化方面存在的不足。强调了未来技术发展需聚焦于提升果园割草机械自动化和智能化水平,以适应现代果园生产的需求。

基于激光雷达的果园割草机避障方法研究

针对果园割草机在山地丘陵果园工作过程中面临障碍物阻碍前进路线的问题,设计了基于激光雷达的果园割草机避障方法。以激光雷达测距为基础,首先将矢量场直方图算法(VFH)改进阈值,确定割草机的可行进方向;当割草机遇到障碍物时,使用动态窗口法(DWA)进行避障,确保割草机行驶的安全性和高效性,两种算法的融合保证割草机完成避障作业。MatLab仿真和田间试验表明:所采用方法提高了割草机的运行效率,降低了割草机的漏割率,设计方法合理,满足割草机在山地丘陵果园的避障需求。

主干型果园株间避障割草机的设计与试验

为解决新疆主干型果园株间杂草难割除的问题,本研究设计了适用于主干型果园种植模式的避障割草机。阐述避障割草机的整机结构及工作原理,在对机具关键部件避障杆、机架进行有限元分析的同时,对影响机具工作性能的因素进行了交互试验及田间试验验证。结果表明,避障杆最大等效应力为179.72 MPa,最大应变为9.25×10-4,最大变形量为34.418 mm,机架的前6阶固有频率范围为39.806~95.562 Hz,而机架外部激振频率不在固有频率范围内,作业时机架不会出现共振现象。试验得出样机的最佳参数组合为机具前进速度1.5 km/h、液压缸压缩速度225 mm/s、复位弹簧弹性系数29 N/mm,此时果园株间漏割率平均值为7.64%,实际值与理论值较接近且回归模型准确可靠,可满足主干型果园的株间避障割草作业,同时可为果园避障割草机的设计与优化提供理论参考。

平地与侧坡一体化割草机的设计与分析

南方丘陵地区果园通常修整成梯田形式栽种果树,这种地形的果园需要对平地和侧坡割草。目前常规割草机难以适应,只能采用人工背负式割草机进行割草,效率低,劳动强度大,为此设计一款能同时对平地与侧坡割草的一体化割草机。通过对割草机功能要求进行分析,设计出割草机的整机方案。整机采用四把圆盘甩刀进行割草,前面两把用于平地割草,侧边两把用于侧坡割草,根据割幅,割刀直径分别选为575、525 mm,采用300 W电机驱动,电机由一台3 kW发电机供电,采用履带式行走装置,由一台5.6 kW发动机为行走装置和发电机提供动力。应用Solidworks进行结构设计和整机装配,得到整机模型,通过Solidworks软件分析,对各部分材料定义确定各部分质量及质心位置,在丘陵果园梯田平面存在0°~20°倾斜角的情况下,整机在对下侧坡作业时,整机的抗倾覆安全系数最小为4.6>3,满足工程机械的稳定性要求。

乘坐式果园割草机割刀使用性能研究

针对果园作业环境复杂、果园割草作业工作量大的问题,为了提高乘坐式果园割草机割刀的使用性能,结合实际生产和表面工程技术,对割草机割刀的几何参数以及耐摩擦、磨损性能进行了试验研究。通过试验,获得了割刀合理的几何参数和提高割刀耐摩擦磨损性能的方法,进而提高了乘坐式果园割草机割刀的使用性能。

果园垄面割草机设计与试验

针对矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题,设计一种果园垄面割草机。割草机主盘刈割行间草体,侧盘可随垄面仿形并处理垄面草体。应用AIP软件对侧盘传动系统的压带支柱进行应力分析,得出其最大等效应力为146.8 MPa,最大位移为0.024 06 mm,安全系数最小值为2.38 ul,满足设计要求。样机田间试验结果表明:果园垄面割草机工作性能良好,割茬的平均高度64.4 mm,割草机的平均漏割率为5.6%,割茬高度标准差为5.15,变异系数为8.3%,稳定系数为92.7%,符合标准。割草机作业质量良好,为标准化果园机械化割草作业提供技术支持。

果园割草机垄面切割装置振动特性分析

针对果园垄面割草机作业时振动剧烈从而导致割茬高度稳定性差、机械寿命短、作业效率低等问题,通过运用ANSYS Workbench软件对垄面切割装置进行基础模态分析和振动动力学分析。在模态分析的基础上针对切割装置各关键特征节点的振动位移进行响应分析,从而探究其工作状态下激振频率对切割装置各特征节点加速度载荷值的影响。对比分析结果表明切割装置1阶模态频率对应的极限转速远低于其危险转速范围;经过加速度载荷值数据的比对,得出工作状态下的Z向主要振动传递路径;对切割装置进行谐响应分析,得出在180 Hz时甩刀顶端的径向振幅达到最大值,为12.3 mm;在250 Hz时,花键套与刀盘连接处的径向振幅达到峰值,为7.7 mm;通过田间试验得出平均切割高度偏移最大值为28 mm,与切割装置的一阶振动偏移量32.43 mm接近,数据可靠;改进后田间试验数据显示平均割茬高度与设定高度最大差值为10 mm,有效的保证了割茬高度的稳定性。通过振动分析和田间试验表明,在作业前将拖拉机提前启动并维持稳定动力输出进行作业可有效避开切割装置自身的共振频率,采用更换加厚甩刀和在花键套与主轴的连接处加设橡胶垫圈的方法,可降低切割装置的振动,保证割茬高度的稳定,研究结果可为果园割草机垄面切割装置减振措施的研究提供数据基础和新思路。

碎草输草撒菌一体化割草机的设计与仿真

为解决生草制果园管理过程中草被割下后散落在地表的问题,设计一种果园割草机。该割草机可对已割的草进行收集,将其输送到果树根部周围,并加入菌种以缩短腐熟周期。对割草机的刀盘转速、切割功率及风机相关参数进行计算,刀盘转速为3160r/min,切割功率为11.5kW,风机风量为691m3/h,风机功率为0.73kW。利用ANSYS Workbench软件对刀盘进行模态分析,一阶模态固有频率为250.4Hz,远大于刀盘的工作频率,作业稳定可靠。利用EDEM软件对出草口调节板角度θ=0°、5°、10°、15°和出草口速度V=15m/s、20m/s、25m/s、30m/s的情况进行离散元分析,结果表明:出草口调节板角度θ=10°且出草口速度V=20m/s时,碎草在果树周围分布更加集中,满足堆肥腐熟要求。

柑橘园仿形割草机切割器的设计与试验

针对山地柑橘园地形地貌复杂、一般刀盘难以作业的问题,设计了一种柑橘园仿形割草机切割器,该切割器采用让刀设计,具有避障功能,可降低障碍物对刀片的损害。通过理论分析和优化设计,建立甩刀对数螺线函数模型。通过台架试验和综合评分法分析得出切割器的最佳组合参数为:刀盘转速为1 900 r/min、刀刃长度为72 mm、刀片数量为4。试验结果显示,与正交试验组中最优值相比,切割器峰值扭矩降低0.38%,一次切割整齐率上升5.43%,所设计的柑橘园仿形割草机切割器满足山地柑橘果园的除草要求。

我国果园割草机发展现状与展望

我国是世界水果生产大国,随着近年来果园生草覆盖技术的推广,果园割草机快速发展迫在眉睫。分析和阐述了我国果园割草机切割装置、行走系统、仿形装置等关键部件,以及导航、避障和自动识别等关键技术的相关发展,同时介绍和分析了国内外割草机的发展现状,结合牵引式、自走式等割草机类别,归纳了部分国内外具有代表性的割草机机型、特点及存在的问题。结合矮砧密植与乔砧适植两种果园种植模式,总结了我国割草机发展过程中农机农艺结合较差、研发制造水平较低、机具作业速度与割刀工作速度匹配不当、高新技术应用欠缺等问题,提出了在割草机应用中应注重与农艺相结合,提升设计研发与生产制造水平,注重解决割草机作业速度与割刀工作速度的匹配,加强高新技术应用,尽早实现割草机自动化、智能化、信息化应用,推进果园机械化除草进程。

植物非试管快繁技术在果树上的运用

该文综合阐述了我国当前果苗生产存在的问题与限制因素,分析了国外种苗生产的趋势,提出了利用新型的育苗技术——植物非试管快繁技术,实现种苗生产工厂化、自动化、产业化的生产模式。结合生产、科研实践,概括性地论述了快繁技术在果树种苗培育上的应用与优势,并指出了各种果树的快繁技术要点,展示了该技术在果树种苗快繁上运用的广阔前景与市场空间。

郁闭果园图传遥控式割草机的设计与性能试验

针对传统郁闭果园内部空间狭窄密闭,现有割草机难以进入作业,面临无机可用的生产难题,设计了一种适用于郁闭果园环境、割茬高度可调且株间避障灵活便捷的小型图传遥控式割草机。在分析郁闭果园种植模式和割草农艺要求的基础上,确定了割草机的总体设计方案,然后对割草机关键部件(刀盘高度调节机构、株间避障切割机构、遥控及图传系统等)进行了设计与匹配选型,最后完成了整机集成与性能试验。基本性能试验结果表明:割草机整机尺寸(长×宽×高)为1.9 m×1.7 m×0.7 m,割茬高度调节范围为30~110 mm,株间避障通过率为100%,遥控和图传距离均大于110 m。同时以前进速度、刀盘转速和割茬高度为试验因素,割茬稳定系数、割幅利用率和漏割率为试验性能指标开展正交试验,并对试验结果进行显著性分析。结果表明,各因素对割茬稳定系数、割幅利用率和漏割率性能指标影响的主次顺序均为前进速度、刀盘转速和割茬高度;确定的较优方案为前进速度0.6 m/s、刀盘转速3000 r/min、割茬高度70 mm,并对该较优方案进行了验证试验,结果表明:设计的新型割草机在该方案下割茬稳定系数为93.2%,割幅利用率为99.3%,漏割率为0.5%,能满足郁闭果园实际作业要求。