甘蔗横向种植机补种装置辊耙结构仿真分析

针对甘蔗横向种植机在种植过程中出现的漏播问题进行了研究,设计了一套补种装置。通过ADAMS软件对装置中的补种辊耙进行顺逆时针等两种运动形式的虚拟仿真分析,分别得出齿式、整叶式与窝轮式等3种辊耙结构所受的力和扭矩等因素。仿真结果表明:在相同条件下,补种辊耙的逆时针转动方式更优于顺时针转动方式;窝轮式补种装置进行逆时针运动时,其力约为10N,力矩约为2N·m。由于窝轮式补种装置的力、力矩小于齿式补种装置与整叶式补种装置,因此其结构最优,补种性能最好。研究结果可为后续甘蔗横向种植机精准种植的研究与开发提供了一定的理论依据。

双芽蔗段横向种植机沟深控制系统设计与试验

针对前期研制的甘蔗双芽蔗段横向种植机在丘陵地区开沟过程中沟深不稳定、不宜操作等问题,结合横向种植机工作特点,设计了一种甘蔗横向种植机沟深控制系统,由激光测距传感器、压力变送器及单片机控制系统组成,研究了后犁沟深与油缸负载压力的关系,通过实时监测拖拉机提升液压油缸负载压力、沟深变化,并与设定的沟深阈值比较,通过控制系统实现对沟深的自动控制。首先,通过理论分析、Simulink仿真建模,对上拉杆与下拉杆的位移关系进行了运动仿真。研究了开沟过程中甘蔗横向种植机的三点悬挂负载方式,建立了拖拉机液压提升油缸位移与后犁沟深关系的理论模型。其次,设计了基于单片机液压控制系统,搭建了双芽蔗段横向种植机沟深控制系统试验平台。最后,在试验平台上进行了性能验证试验及多因素正交试验,对沟深稳定性系数的主要影响因素及影响沟深控制的规律进行了探讨;试验结果表明,系统调节响应速度小于1s,不同开沟深度沟深稳定性系数均大于90%,在设定的范围内,试验结果与设定值基本吻合,验证了沟深控制程序可靠性。通过多因素正交试验可知,交互因素中液压调速阀开度、开沟深度均对沟深稳定性系数产生显著影响,试验结果表明,当调速阀开度为0.56圈、土壤含水率为27.4%、开沟深度为29.6 cm时,沟深稳定性系数最高,为95.87%。

甘蔗横向种植机施肥机构设计与试验

针对甘蔗横向种植机施肥机构易出现堵塞的问题,结合农艺要求,设计一种端面反向螺旋施肥机构。为降低螺旋轴扭矩和提高肥料质量流速,通过理论分析选取螺旋轴叶片螺距、叶片厚度、叶片直径和螺旋轴轴径为变量,螺旋轴扭矩和肥料质量流速为目标,基于EDEM软件进行正交仿真试验得到各个因素与目标之间的回归方程,并求解得到最优参数组合:螺旋轴叶片螺距、叶片厚度、叶片直径和轴径分别为67 mm、2.5 mm、76 mm和32 mm。对最优参数组合模型进行仿真验证,结果表明螺旋轴扭矩和肥料质量流速的均值分别为6.3 N·m和0.055 kg/s,与回归方程求解结果基本一致。对端面反向螺旋设计进行仿真试验,确定反向螺距为33.5 mm时,可有效避免肥料堵塞在料槽端部。田间试验结果表明:螺旋轴扭矩和肥料质量流速的均值分别为4.3 N·m和0.0615 kg/s,该施肥机构满足农艺要求,负载扭矩较低,可有效减少肥料堵塞情况,为螺旋施肥机构开发提供参考。

甘蔗横向种植机液压系统的设计

甘蔗横向种植具有用种少、单位面积出苗率高、甘蔗含糖率高以及抗倒伏能力强等优势,可以自动连续完成开沟、施肥、落种和覆土等工序。甘蔗作为广西重要的产业支柱,对广西的发展尤为重要。液压系统是甘蔗种植机的一个重要组成部分,做好液压系统设计对甘蔗横向种植机的性能及工作效率的提高十分重要。针对甘蔗横向种植机性能和结构的要求,通过分析对比的方法,选出合适的液压元件和液压回路,合理的设计了第一代样机的液压系统,该液压系统对甘蔗横向种植机的工作性能的提高起到了重要的作用。

基于有效落种空间的甘蔗横向种植机开沟器设计与试验

针对甘蔗横向种植对落种质量要求高的问题,基于有效落种空间形成条件,设计了一种组合式甘蔗横向种植开沟器,主要由防漏犁、旋耕部件和开沟犁构成。通过分析落种运动与土壤运动规律,确定影响落种效果的因素以及各关键部件的结构参数。以旋耕转速、工作深度和前进速度为试验因素,以有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力为试验指标开展田间正交试验,探究作业参数对开沟器性能的影响规律。试验结果表明,工作深度对有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力有极显著影响;旋耕转速对旋耕功耗有极显著影响;前进速度对旋耕功耗有显著性影响。使用较优作业参数组合进行验证性试验的结果表明,在旋耕转速为200 r/min、工作深度为30 cm和前进速度为1.20 m/s时,有效落种深度为29.9 cm,落种深度稳定性系数为97.6%,覆土厚度为8.8 cm,浮土厚度为3.4 cm,旋耕功耗为34.0 kW,单侧开沟阻力为14.1 kN,开沟器性能指标满足甘蔗横向种植的落种要求。

甘蔗横向种植机施肥间距电液控制系统研究

甘蔗横向种植具有用种少、单位面积出苗率较高,土地利用率高,且抗倒伏能力强等优势。针对现有横向甘蔗种植机施肥机构的转速不能跟踪行走速度的变化,导致施肥间距不均匀的问题,分析了施肥机构液压马达的转速、甘蔗横向种植机行走速度和施肥间距的关系,研究采用PLC控制电液比例节流调速回路的方法,对施肥机构液压马达的转速与甘蔗横向种植机行走速度进行匹配控制,实现对施肥间距的控制。仿真和实验结果表明:施肥机构的转速能够按照设定的目标值跟踪行走速度的变化,施肥间距能满足甘蔗横向种植的农艺要求。

甘蔗横向种植机补种系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机在种植过程中出现的漏播问题,设计了一套基于51单片机的甘蔗实时补种系统。通过对充种、储种、供种、护种及投种过程进行运动学和动力学的仿真分析,确定了影响补种效果的主要因素,设计了补种系统的关键部件。该系统采用AT89C52单片机、3套对射型激光传感器分别对漏种、补种箱和储蔗槽中蔗种余量不足的情况进行信号采集,进行漏种计数显示和实现蔗种余量不足时的报警,步进电机作为动力源,驱动辊耙转动完成补种过程。选取行进速度和补种辊槽数为试验因素,以补种成功率和重置率为补种性能指标,进行了二因素五水平的正交旋转组合试验。结果表明,行进速度对补种成功率的影响极显著,补种辊槽数对补种成功率的影响极显著;利用Excel软件进行了二次回归方程分析,得出当行进速度为3 km/h、补种辊槽数为10个时,补种成功率达到93.97%,重置率为1.69%。设计的实时补种系统性能稳定可靠,解决了播种器工作过程中的漏种问题。

甘蔗横向种植施肥机构性能分析与试验——基于离散元法

为解决甘蔗横向种植人工撒肥的不均匀问题,结合农艺要求,在甘蔗横向种植机开发基础上,设计了一种小开口螺旋施肥机构。选取料槽开口、螺旋叶片螺距和螺旋轴转速3个因素对施肥幅宽及其变异系数进行单因素离散元仿真试验,并完成三元回归正交旋转组合仿真试验,通过得出的二次回归方程进行目标参数的优化,回归方程求解得出:当料槽开口为8.7mm、螺旋叶片螺距为60.3mm、螺旋轴转速为64r/min时,施肥幅宽为225mm,变异系数为15.71%;仿真分析结果为:施肥幅宽220.5mm,变异系数16.34%;台架试验验证结果为:施肥幅宽215.1mm,变异系数为17.42%;优化结果、仿真验证试验结果及台架试验结果基本一致。研究结果可为甘蔗横向种植机施肥机构的开发提供参考。

预切种式横向甘蔗种植机液压系统设计与试验

根据预切种式横向甘蔗种植机的实际需求设计了种植机的液压系统,建立了开沟机构的AMESIM和ADAMS联合仿真模型,研究双行种植模式下两个开沟机构的同步性,以保证两边开沟深度一致。仿真结果及样机的田间试验表明:液压系统可以满足种植机各个执行机构的控制要求,开沟机构的升降同步误差小于3%,开沟、覆土效果良好,满足设计要求。

甘蔗种植机施肥凸轮间歇机构仿真与试验研究

针对横向甘蔗种植机施肥器施肥间距不规律、易烧芽等问题,在甘蔗横向种植机施肥器基础上设计了凸轮间歇机构,作用于施肥器施肥口,使施肥口呈周期性开关、规律性施肥。首先,取凸轮轴转速、凸轮近休止角及机车行进速度3个因素对施肥间距与周期纵向总长进行3元回归正交旋转组合仿真试验;其次,通过二次回归方程优化目标参数,获得最优参数组合为凸轮轴转速137.025r/min(取137r/min)、机车行走速度0.8m/s、凸轮近休止角38.08°(取38°),进行仿真验证试验,得到平均施肥间距为119.6mm,周期纵向总长为354.3mm。进行台架验证试验,结果表明:施肥间距平均值114.8mm,周期纵向总长的平均值344.3mm,可知EDEM仿真验证试验与台架试验结果相差不大。田间验证试验表明:施肥间距基本在100~150mm内,周期纵向总长基本在300~400mm内,满足当地农艺要求,施肥效果达到预期目标。

基于PSO-BP的甘蔗施肥监控系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机的施肥机构由于肥料潮湿结块易堵塞等问题,该研究对施肥机构进行电液传动与控制改造,构建了一套基于粒子群(Particle swarm optimization,PSO)-前反馈(Back Propagation,BP)神经网络预测的施肥监控系统。以施肥马达的压力、转速及肥料箱中肥料量为输入参数,将施肥机构的工作状态(空载状态、正常状态、重载状态、堵塞状态)作为输出,通过BP算法建立输入与输出之间的映射关系,并用PSO算法优化BP算法的权值与阈值,相比未优化BP算法,优化后的工作状态预测准确率由97%提高到99%。以识别施肥机构工作状态响应准确率以及重载状态下堵塞预防概率为试验指标进行车间试验,结果表明:工作状态响应识别准确率为89%;重载状态下,控制系统控制施肥马达正反转并消除堵塞的概率为87.5%。在田间试验中,监控系统能准确预测施肥机构的重载状态并自动执行防堵控制指令,没有出现堵塞故障。该施肥防堵塞监控系统无需上位机,能够满足复杂多变工况下施肥机构的工况预测及防堵控制要求,可为其他施肥机构的自动化改造提供参考。