基于Fuzzy-PID的棉花打顶升降装置设计与试验

为解决棉花打顶机作业过程中由于仿形时与刀盘移动滞后、定位精准度低,导致的棉花漏打、过打及伤苗的问题,基于模糊控制技术对棉花打顶装置高度控制系统进行研究。以3MDZF-6棉花打顶机升降系统为分析对象,确定了刀盘在升降过程中的定位精度要求。以液压阀-液压缸为对象,在AMESim中建立打顶升降装置的控制模型,并将其导入到MatLab中,设计相应的模糊规则和模糊控制器,对其进行仿真分析,从超调量和响应时间两方面验证了PID和模糊PID控制方法的可行性。仿真结果表明:无外界干扰的情况下,PID参数分别为100800、500、30时,输入信号达到稳态的响应时间为0.55s;模糊PID控制下输入信号达到稳态的响应时间为0.31s。经过对比分析固定参数PID控制和模糊PID控制在不同扰动下的控制效果,发现模糊PID控制系统的超调量为0.84%,输入信号达到稳态所需的时间为0.39s,小于固定参数PID的0.64s。该方法实现了打顶升降装置的位移控制,提高了刀盘的定位精度及控制系统的抗干扰性和鲁棒性,可为棉田环境下的棉花打顶升降装置的精确控制问题提供借鉴。

3MDZ-18型液力驱动式棉花打顶机的优化与试验

针对棉花打顶机作业过程中因刀轴套管伸缩与油缸升降运动干涉造成的机械震动与升降卡死问题,提出了液压油缸与刀轴同轴垂直安装、弹性连接的解决方案。设计研制了3MDZ-18型液力驱动式棉花打顶机,并进行了田间试验,结果表明:当作业速度为3.45km/h、割刀转速为800r/min时,打顶率达到90.50%,打顶长度合格率65.33%,打顶机无升降卡死及刚性冲击现象,稳定性与打顶精度有一定提升。

基于机器视觉的双圆盘式棉花打顶装置设计与试验

为降低人工打顶的劳动强度,减少化学打顶的环境污染,改善“一刀切”式打顶机构的过打顶情况,通过分析手工打顶过程,设计了一种双圆盘式打顶机构,并基于机器视觉,设计打顶装置单行样机,实现棉花打顶的全程自动化控制。该装置主要由打顶机构、视觉检测机构、运动机构和棉花顶尖识别及控制系统组成。基于棉田调研、结构计算和预试验,确定了打顶装置的整体结构和关键部件尺寸。结合视觉识别研究基础与实际应用,选用YOLO v3算法搭建棉花顶尖识别及控制系统,实现棉花顶尖的识别定位,完成打顶机构的运动控制。以打顶期棉花为研究对象,进行棉花顶尖识别试验、打顶机构性能试验和田间试验,结果表明:棉花顶尖识别试验平均识别率为93%;打顶机构性能试验平均打顶率为94.67%;田间试验平均识别率为85.33%,平均打顶率为78.22%。研究结果可为棉花精准化与智能化打顶的研究提供参考。

多模摆幅型牵引式棉花打顶机的设计

棉花通过打顶可消除顶部的生长优势,调节田间棉花体内的水分、养分等物质的运输方向,促使较多的养分集中供应棉铃,减少无效枝叶对水肥的损耗。相比于人工打顶的工期长、时效低的缺点,研制作业精准度高、适用性广的棉花自动打顶机械具有良好前景。本文设计了一种多模摆幅型牵引式棉花打顶机,采用牵引式减震悬挂系统,利用计算机视觉模块对图像信号捕捉的的方式控制步进电机打顶刀头的摆幅和升降,以针对不同的棉顶进行切削作业。

垂直升降式单体仿形棉花打顶机

针对棉花打顶的农艺要求及现有打顶机存在仿形效果不理想等问题,设计了一种垂直升降式单体仿形棉花打顶机并论述了其结构和工作原理。采用中心组合优化试验法对影响该机仿形效果与打顶质量的因素进行优化试验研究,建立了相关系数与行走速度、仿形板与切割器距离、液压泵流量间的二次回归模型。对模型响应曲面分析寻优,得到最佳结构及作业参数。结果表明:当行走速度为0.86 m/s、仿形板与切割器距离为0.543 m、液压泵流量为4.69 L/min时,相关系数为0.961,仿形效果与打顶质量最佳。经田间试验证明该优化方案可行,为垂直升降式单体仿形棉花打顶机设计提供理论依据。

3MD-12型棉花打顶机的研究设计

介绍了3MD-12型棉花打顶机的主要技术参数、总体设计和主要部件的设计及结构特点。试验结果表明:机具结构简单,使用方便,能够满足棉花打顶的农艺要求。

棉花打顶机械化的研究现状及发展趋势

棉花打顶工作是整个棉花生产过程中的关键环节,可消除顶端生长优势,促进棉花增产增收。棉花打顶机械化可以大大减少打顶时间、提高劳动效益、降低劳动强度、增大棉花产量。为此,介绍了棉花打顶机械化的国内外研究现状,根据现状分析了存在的不足,并指出了其智能化、精确化、多样化和联合作业化的发展趋势。

3MDZK-12型组控式单行仿形棉花打顶机

就3MDZK-12型棉花打顶机田间作业性能以及机械打顶调控后对棉花生长发育的影响进行了试验研究。研究表明:该机工作高效可靠,较好地解决了棉花机械打顶行内和行间棉花顶部的独立仿形这一技术难点,主要性能满足棉花机械打顶的农艺要求。

基于PLC伺服控制的棉花打顶机设计与试验研究

为推动我国棉花打顶作业机械化发展进程,设计了基于PLC伺服控制的3MD-3型棉花打顶机,包括3套单体仿形的打顶机构及1套伺服控制系统。该棉花打顶机控制系统通过触控屏设定棉花打顶高度及打顶速度等参数,结合传感器获取的棉株顶端位置,通过PLC控制打顶刀动作实现自动打顶。通过试验,对比检验了双刀打顶方式的可靠性,验证了行驶速度与提升控制频率间的正相关性。结果表明:该棉花打顶作业效率0.36hm^2/h时,打顶的准确率可达到8 5%。

3DDF-8型棉花打顶机机架的有限元强度分析

首先介绍了3DDF-8型棉花打顶机机架的有限元强度分析的必要性,依次论述了机架有限元三维模型的建立以及网格划分、边界条件的设定、整机及工作部件轮叉等的受力分析及求解。同时,应用ANSYS Work-bench对机架进行了有限元计算并进行了实地动应力测试,为机组的设计提供必要的理论依据。

烟草抑芽剂氟节胺在棉花打顶上的应用

以棉花栽培品种‘中棉所50’为材料,研究喷施不同浓度氟节胺代替棉花打顶的效果。结果表明,经氟节胺处理后,棉株长势旺盛、叶色浓绿,株高降低,顶部叶片变小,籽指增加,单铃重增加,籽棉重增加;氟节胺浓度为0.10 g.L-1(处理4)和0.08 g.L-1(处理5)时,皮棉重增加。各处理产量和品质性状较对照无明显变化。结果还表明,喷施氟节胺代替人工打顶,在达到整枝效果的同时,既避免了对棉花植株的物理伤害,又节省人工和时间。

棉花打顶机切割器高度自动控制系统的设计

针对3MDZK-12型棉花打顶机利用机械仿形机构或人工方法来调节切割器的工作高度,其自动化水平较低,且实时性和精确性较差的问题,设计了一种基于AT89C52单片机的棉花打顶机切割器高度自动控制系统。同时,分析了液压升降机构以及切割器与棉株高度间的相互关系;根据控制系统的要求,设计了棉株高度和切割器高度自动检测装置。在3MDZK-12型棉花打顶机上使用该控制系统,可使切割器按照棉株高度的变化进行自动调节,降低劳动强度。

3MDZK-12型组控式单行仿形棉花打顶机的研制

针对棉花打顶人工作业效率低、强度大、可控性差等生产实际,研制了可实现各行独立仿形打顶作业的3MDZK-12型棉花打顶机;同时,重点介绍了齿带组合的传动系统、滚筒式切割器、切割器升降控制机构及套筒式平衡仿行机架的结构原理及特点。田间性能测试表明:该机结构简单合理、经济实用,能够满足棉花打顶的技术要求,且性能稳定、效率高。

3MD-12型棉花打顶机的试验研究

就3MD-12型棉花打顶机田间作业性能以及机械打顶对棉花生长发育和产量的影响进行了试验与研究。研究表明:3MD-12型棉花打顶机基本能够满足棉花机械打顶的农艺要求,在大幅度提高棉花打顶效率的同时,不仅不影响棉花的产量,而且可使棉花吐絮高峰提前,有利于机采棉的应用与推广。

棉花打顶机打顶高度自动控制系统的设计

介绍了一种基于STC89C52单片机的棉花打顶机高度自动控制系统。同时,分析了3MD-12型滚筒式棉花打顶机的工作原理,针对控制系统的要求,设计了打顶高度自动检测装置。在棉花打顶机上应用该控制系统,可以使打顶机按照作物高度的变化自动调节打顶高度。

棉花打顶机自动对行装置设计与试验

为了提高棉花打顶机的自动化水平,以高地隙底盘棉花打顶机为载体,利用传感器技术、电机控制技术和PLC控制技术,结合机采棉品种棉花种植模式,设计了棉花打顶机自动对行装置。该装置主要由检测机构、对行机构、电机控制系统、电子控制系统和控制软件组成。采用RecurDyn软件对检测机构进行运动仿真,探究运动规律,为角度传感器选取提供理论依据;利用角度传感器获取棉株偏行量,建立检测杆转动角度与步进电机步进量和转动方向之间的对应关系,通过控制步进电机的步进量和转动方向实现对偏行棉株的精确打顶;通过人机交互界面对控制系统进行实时监测,以提高驾驶直线度。为避免侧枝干扰,对两侧低侧枝情况控制系统采用位置信息对比方法获取主茎秆位置;对单侧低侧枝情况按原程序执行,田间实测表明该误差可忽略。田间试验表明,与人工对行相比,自动对行平均偏行量减小了8.08 cm,同比降低56.62%,无偏行率同比提高275%。

棉花打顶机自动测距控制系统的设计

针对棉花打顶农艺的要求和棉花打顶试验装置切割器响应时机不合适等问题,在超声波测高棉花打顶装置的基础上,设计出一种基于MC9S12XS128单片机的自动测距控制系统。利用轴向固定于行走轮上的增量式编码器测量脉冲数,根据正向脉冲计算打顶试验装置的前进距离控制切割器调整高度。同时,设计出可调响应距离的控制程序,以及结合棉花种植农艺设计出最佳的行走轮直径。该控制系统能有效解决能耗大、控制电机损耗严重等问题,提高打顶效率,打顶效果更好,可靠性更高。

棉花打顶机无线遥控电源开关控制系统设计研究

棉花打顶机是棉花顶尖去除的重要设备,用于替代人工完成对棉花的打顶工作。本文以棉花打顶机为控制对象,设计了由PT2264编码芯片和PT2272解码芯片构成的无线遥控电源开关控制系统,并在模拟拖拉机田间作业噪声环境下进行了无线遥控噪声性能测试试验。试验结果表明,拖拉机噪声对无线传输信号虽有一定影响,但无线传输整体性能稳定,遥控响应迅速,响应时间最快可达18ms,能够满足棉花打顶机电源开关无线遥控的要求。

基于UG的棉花打顶机的整体运动仿真

介绍了一种棉花打顶机的整机结构、工作原理和仿形机构,利用Unigraphics软件对棉花打顶机的整机进行运动仿真分析。同时,详细阐述了整机运动仿真的方法和运动分析方案及连杆和运动副运动驱动的设置;介绍了工作部件距地面高度的调整方法,建立了机具前进速度、工作部件旋转速度与棉株间距之间的关系,为机具的设计提供必要的理论依据。

棉花打顶机研发历程及其研发重点探析

通过分析国内外棉花打顶机发展的历程与现状,对地面仿形、整体仿形和单株仿形3种现有主要棉花机械打顶机存在的总体仿形精度不高和单株仿形技术难度大等问题,分别进行了剖析,并提出了棉花打顶机械单株高度仿形的研究重点和发展方向。