履带式果园碎枝机的设计

针对传统果园碎枝机工作效率低、劳动成本高、环境适应能力差的问题,设计了一款适用于丘陵山地的履带式果园碎枝机。该机具由动力系统、传动系统、进料系统、粉碎系统、出料系统以及履带式底盘行走系统组成,利用SolidWorks软件对果园碎枝机零部件模型的构建和装配,确定动力总成、转子总成、喂料装置、粉碎装置、传动装置等关键部件参数及尺寸。设计的履带式果园碎枝机可实现丘陵山区果园枝条就地粉碎,具有适应性强、粉碎高效、购置成本低等优点。

果园履带车自动导航自适应控制方法

为提高果园履带车自动导航精度和稳定性,兼顾成本和作业效率,提出一种基于模糊控制的自适应导航控制决策方法,并设计开发了一种自动导航嵌入式控制系统。首先,对果园履带车自动导航控制系统整体架构进行设计;其次,确定各关键子系统硬件和软件结构;再次,基于模糊控制与传统PID控制方法研究自适应导航控制决策方法,并基于MatLab/Simulink平台进行建模仿真;最后,将自动导航自适应嵌入式控制系统应用于果园履带车上进行性能评估,以及自适应控制和传统控制两种模式下的果园履带车自动导航过程对比试验。仿真结果表明:模糊PID控制方法的上升时间、超调量和稳态误差分别为0.17s、4.02%和±0.15%,相较于传统控制方法分别优化了5.88%、41.31%和34.78%。验证试验表明:自适应控制方式下果园履带车自动导航的横向偏差和纵向偏差平均值分别为6.24、9.65cm,相比于传统控制方式偏差平均值分别减小了33.97%和12.67%。所提出的果园履带车自动导航自适应控制方法和设计的嵌入式控制系统,不仅能够实现果园履带车自动导航过程的自适应调整,而且提高了自动导航的精度,保证了行驶的稳定性,可为果园履带车实际生产操作提供参考。

BP神经网络PID果园运输车调平系统研究

针对丘陵果园坡度较大,运输果箱过程中易发生倾覆的问题,根据运输车行驶过程中不同的倾斜状态,设计出一种基于BP神经网络的PID果箱调平控制方案,通过仿真分析表明:以倾斜角下降到2°以下时为理想状态。路面扰动分别为25°、20°、15°时,BP神经网络PID达到理想状态耗时分别为3.3s、2.8s、2.4s。与传统PID控制算法相比,该控制方案达到理想状态时其效率分别提升13.1%、22.2%、31.4%。峰值分别优化19.43%、14.68%、20.42%。通过试验结果表明:在20°坡面上,达到稳态时误差为1.1°,耗时5.5s;在25°坡面上,达到稳态时误差为1.8°,耗时6.4s。仿真与试验结果说明本文提出的基于BP神经网络的PID果箱调平控制方法具有良好的控制效果和稳定性。对实际生产过程具有指导意义。

履带自走式果园定向风送喷雾机

设计了结构紧凑、转向半径小的履带自走式果园定向风送喷雾机。对传动系统、履带行走系统和风送系统等关键部件进行了设计和计算,对定向喷雾机构进行了设计和试验验证。试验结果表明:有风送时雾滴沉积量比无风送时提高了42.9%,变异系数降低了18.5%;定向喷雾比普通喷雾雾滴个数提高了30.9%,变异系数降低了55.3%。

小型果园升降作业平台的设计与试验

针对南方丘陵山区水果生产中采摘、疏花等作业环节劳动强度大、机械设备少、人工作业效率低,已有设备在丘陵山区作业时通过性不强、易失稳等问题,设计制造了一种小型履带自走式剪叉升降作业平台,该机器具有较小的底盘尺寸,能够控制回转支承进行方位调节,通过液压油缸实现升降、角度调整,使得载人工作台可调平,以提高机器稳定性能。对样机进行了模拟工作环境下的爬坡角度、转弯半径、调平以及倾翻稳定性能测试,相关指标达到了设计要求。结果表明,样机可升降高度1.2 m,最大行驶速度0.25 m/s,最小转弯半径0.75 m,不同负载和升降高度下平台的坡地静态倾翻角集中在（15°-30°）之间等,满足了工作要求。同时,样机外形尺寸较小,操控简便,适合南方果园种植模式和使用要求。

基于虚拟雷达模型的履带拖拉机导航路径跟踪控制算法

为提高传统果园广泛使用的小型履带式拖拉机导航路径跟踪控制精度和行驶稳定性,提出了一种基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法。该算法借鉴人对车辆的驾驶经验,参考雷达扫描原理和图像识别原理,构建了虚拟雷达模型,生成虚拟雷达图,使用该图描述车辆与路径的位置关系;经深度神经网络分类生成对应的履带拖拉机行驶操作指令;以果园作业典型的U形路径为例进行了仿真验证试验和实车试验。仿真结果表明:本文提出的算法能够精准实现导航路径跟踪控制。果园实车试验表明:当车速为0.36、0.75 m/s时,该算法路径跟踪的最大横向偏差分别为0.150、0.191 m,平均横向偏差分别为0.031、0.051 m,标准差分别为0.025、0.036 m;与模糊控制算法相比,最大横向偏差分别减小了15.73%、36.33%,平均横向偏差分别减小了27.91%、19.05%,标准差分别减少了21.88%、28.00%。研究表明,基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法具有更高的路径跟踪精度和行驶稳定性,满足果园实际作业需求。

果园用履带拖拉机液压传动系统的设计

根据果园管理的要求,设计出一种能够适用于果园作业环境,主要用于进行喷药、施肥和开沟等作业的液压驱动履带拖拉机底盘。针对果园履带拖拉机行走工况和要求,进行了液压行走系统设计和研究,提出了液压行走系统的设计方案,确定了系统压力,并根据确定的拖拉机驱动力进行了马达和泵等主要液压元件相关参数的选择与匹配计算。

果园采摘平台行走机构的研究现状及发展趋势

果园采摘平台是果实采摘过程中运用得最多的采摘机械。我国果树多种植在丘陵山地,地面崎岖不平,采摘机械行走机构性能的好坏关系到果园采摘作业效率和作业人员的安全。为此,从目前国内外常见的果园采摘平台行走机构典型应用分析入手,结合丘陵山地果园地貌特征以及小型机器人行走机构的部分应用,提出设计一种适合丘陵山地果园行走的、具有轻质化以及高离地间隙特征的仿形履带式行走机构。该机构在我国果园采摘平台的研制和推广上具有实际应用价值。

基于重心自适应调控的山地果园运输车设计与试验

为了进一步提升山地果园运输机械的复杂地形适应性,设计了一种基于重心自适应调控的山地果园运输车。根据山地果园实际环境特点,进行运输车的总体设计并阐述基本工作原理;根据设计要求,分别开展履带底盘、可移动载物台以及控制系统的关键部件设计,并针对斜坡、斜坡台阶和斜坡壕沟3种路况制定整机重心控制策略;基于多体动力学分析软件RecurDyn搭建运输车虚拟仿真样机,验证设计方案和控制策略的合理性和可行性;最后进行样机试制并进行整机性能试验。试验结果表明,在坡面角10°,负载0、50、100、150 kg的情况下,整机重心位置经过调控后,运输车偏航45°时的直线行驶最大牵引力分别为1897.87、2139.48、2328.92、2425.24 N,相比调控前分别增加了21.11%、20.65%、26.40%、26.93%;运输车下坡极限翻倾角分别为45°、43°、42°、40°,相比调控前分别增加了7.14%、13.16%、13.51%、14.29%;运输车横向极限翻倾角分为40°、38°、35°、35°,相比调控前分别增加了8.11%、8.57%、12.90%、20.69%;运输车上坡极限越障高度分别为210、200、200、190 mm,相比调控前分别增加了10.53%、25.00%、33.33%、46.15%;运输车的下坡极限跨壕宽度分别为450、480、510、520 mm,相比调控前分别增加了7.14%、14.29%、21.43%、26.83%。结果表明:在不同负载条件下,本文提出的可移动载物台以及整机重心控制策略能够有效提升运输车的坡地行驶性能,在山地果园实际作业环境具有良好的地形适应性。

山地果园履带底盘坡地通过性能分析与优化设计

履带底盘作为农机通用底盘的一种优选方案,在山地果园环境中的应用仍然存在较大优化空间。为了进一步提高履带底盘在复杂行驶路况下的地形适应性,结合山地果园的地形地貌特征,开展了履带底盘的坡地通过性能分析,并基于多体动力学分析软件RecurDyn的仿真结果,进行样机优化和试验验证。首先,以果园通用履带底盘为研究对象,通过理论分析探讨影响履带底盘斜坡平地通过性、斜坡越障通过性的关键结构参数,然后搭建RecurDyn虚拟仿真样机,分析关键结构参数对坡地通过性能的影响规律,进而以提高现有底盘坡地通过性能为优化目标,根据仿真分析结果提出了一种重心调节系统,最终进行样机试制与室内土槽试验。试验结果表明,在坡度为10°的试验路面下,优化后样机在偏航45°时最大牵引力均值为1926 N,相比调控前增加了14.03%。优化后样机最大翻越台阶高度为230 mm,相比优化前增加了27.78%。优化后样机最大跨越壕沟宽度为640 mm,相比优化前增加了28%。研究结果可为山地果园履带底盘的坡地行驶性能优化提供参考。

山地果园双履带微型运输车的设计、仿真与试验

设计一种非刚性底盘的以双轮毂电机驱动的山地果园双履带微型运输车,该运输车主体外形尺寸为2 150mm×1 040mm×1 100mm,采用战车式底盘作为行驶机构和双轮毂电机独立驱动及链传动方式。通过SolidWorks软件进行三维建模,创建虚拟样机模型和高台壕沟仿真地形;应用ADAMS软件对运输车底盘行驶机构进行高台和壕沟越障的仿真分析。仿真结果显示,在高台和壕沟越障过程中,质心横向位移的绝对误差在±5%范围内,质心纵向位移的绝对误差在±3%范围内。实地样车试验结果表明,运输车的最大载荷为250kg,最大爬坡度为20°,最高车速为1.8m/s,最小转向半径为0.7m,达到设计要求;其越障能力较强,对地形复杂、路况差甚至无路的山地果园的适应性更好,能较好地满足山地果园的运输要求。

果园履带式多功能作业机的研制

针对我国果园多分布于丘陵山地等复杂地形和果园作业机具的配套率低的现状,研制了一种果园履带式多功能作业机。为了实现弥雾机、割草机和开沟机等作业装置的快速更换,在作业机后部设计了由液压油缸与挂接板组成的悬挂装置,提高了主机的配套率。在作业机的后方,采用液压马达带动双万向联轴器为作业装置提供动力,实现弥雾、割草和开沟等多种作业。为满足驱动行走与辅助装置工作的要求,设计了相应的液压传动系统。试验表明:该作业车最大爬坡度为28°,横向作业坡度为12°,喷雾作业效率为1.2hm^2/h,除草作业效率为0.6hm^2/h,开沟作业速度为2.8km/h,开沟深度与宽度为300mm×300mm。

山地果园手扶式单履带运输车设计与试验

设计一种以单履带为行走机构的山地果园运输车,该山地果园运输车由单履带行走装置、车架、传动装置、动力系统等组成,其主体外形尺寸为1 540mm×600mm×815mm。根据整车质心分析和人机工程学确定车辆的结构和运动参数,并利用Creo建立三维模型,计算出车辆的质心位置。根据车辆的质心位置分析车辆在横向坡面和纵向坡面的稳定性。对该山地果园运输车样机在满载情况下进行不同工作环境的测试,结果表明:设计的山地果园运输车的最大载荷为75kg,具备上10°纵向坡,下30°纵向坡以及通过20°横向坡面和通过各种复杂路面的能力。该运输车能够较好地满足山地果园横向运输要求。

山地果园履带运输机的台架试验

山地果园履带运输机采用轮毂电机作为动力源,通过链传动方式来减速增矩,为计算该主减速比,设计了一款台架,用于获得电机的机械特性曲线模型。将试验数据通过SPSS软件处理,得到电机的机械特性曲线,并得到电机的外特性曲线模型为n=446.835-3.848T,然后根据设计指标计算履带运输机在极限工况下所需功率为0.868k W。再根据无刷直流电机的调速及输出功率特性,求得在该功率输出下,电机对应的转速为179 r/min。又已知驱动轮的设计转速为9 6 r/min,从而求得主减速比为1.8 6。本试验研究可为设计山地果园履带运输机提供指导。

履带式双轴除草机的研制与试验

为解决各种山地果园中除草难度大、除草效率低、难以实现机械化等问题,研制高效的新型除草机具有重大意义。为能够更好地适应南方果园的复杂地形,提高除草率,设计的除草机采用履带式行走机构和新型双轴式除草作业头机构;利用Inventor三维软件对除草机整机进行设计建模,并验证整机结构的合理性;对除草机关键零部件除草作业头进行设计,并通过力学分析验证了除草刀的适用性,确定除草作业头的关键性能参数。通过现场试验分析了除草甩刀的转速、甩刀质量以及底盘行走速度对除草机除草效率的影响,通过分析试验数据得出:当行走速度为0.5 m/s、转速为1 600 r/min、甩刀质量为0.347 kg时,除草效率以及防缠绕效果最好,除草率超过80%。该研究结果对后续除草机械的研制设计提供了参考。

轻简电动履带运输车的设计与试验

针对山地果园作业环境复杂,对运送装备的通过性要求高的特点,设计了一种轻简电动履带运输车,具有遥控和手动控制两种控制方式,远程遥控距离可达200m。实地样机试验结果表明:运输车的最大载荷为300kg,最大爬坡度为25°,最高车速为1.5m/s,具备原地差速转弯能力;其越障能力较强,对地形复杂、路况恶劣的山地果园环境适应性较好,能够满足山地果园的运输要求。

履带自走式旋耕机的推广应用

介绍了北京市昌平区苹果园的基本情况和苹果机械化收获存在的问题,分析了履带自走式旋耕机在昌平区果园的推广应用情况,并提出技术建议。

3WZ-600型自走式果园风送喷雾机设计

为提高山坡、丘陵等复杂地形的果园喷雾质量,课题组设计了一款履带自走式风送喷雾机。在确定喷雾机总体技术要求的基础上,通过理论分析与计算,对履带行走系统和风送喷雾系统进行了设计与选型。测试结果显示,该喷雾机的外形尺寸为3430 mm×1630 mm×1260 mm,喷雾机行驶速度为1.7 km/h~5.6 km/h,整机最小离地间隙高度为184 mm,喷雾宽幅≥18 m。测试结果表明:该喷雾机能够满足一般丘陵山地果园植保作业,可提高喷雾作业效率,降低工作人员劳动强度。

履带式果园除草机除草装置的设计试验

除草装置是履带式果园除草机的重要组成部分,对整机的作业质量起着重要作用。本文针对课题组自主研发的履带式果园除草机除草装置,确定了碎草刀刀片的结构、数量及排列形式,并对刀片进行了受力分析。通过正交试验,确定在满足碎草率要求前提下,碎草装置的最佳参数组合为刀片形状T型,刀轴转速1900 r/min,前进速度0.4 m/s,此时除草装置的工作效率最高。该研究可为履带式果园除草机结构的优化及改进提供理论依据。

履带式果园除草机除草装置的设计与仿真分析

除草装置是履带式果园除草机的核心部件,其工作性能直接影响果园内杂草的清除效果和效率。针对履带式果园除草机,设计了一种适宜于浅山丘陵地带传统果园的除草装置。利用ANSYS分析软件对三种类型的除草刀和除草刀轴进行了静力学仿真分析,结果表明,T型除草刀可靠性最高,适宜履带式果园除草机作业。