自走式果园割草机切割器的设计与试验

山地丘陵果园障碍物密集、地形复杂,一般的切割器无法实现高效除草作业。本文结合传统果园行距、株距较小等特性,实地调研青岛山地丘陵地带果园地势起伏情况、杂草类型等,设计符合山地作业需求的自走式果园割草机切割器。通过对刀盘进行模态分析以及运动学仿真,验证其结构合理性以及作业可靠性,并在青岛果园对切割器割草性能进行实地试验验证。结果显示实地作业的平均割茬高度为24.15 mm,割幅利用系数为98.96%,漏割损失率为1.54%。试验证明所设计的切割器能提高山地丘陵地形果园除草管理效率,降低除草劳动强度,满足果园除草的作业要求,对助力推动林果生产机械化的进一步提高具有重要意义。

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。

苹果园内无人割草机多机协同作业路径优化算法

[目的]提高新型苹果园内多台无人割草机协同作业时的工作效率。[方法]提出一种改进的遗传算法(Improved genetic algorithm, IGA),为每台割草机分配并优化作业路径。根据实际无人割草机作业情况,以总转弯时间和作业时长为综合优化目标,构建无人割草机多机作业路径优化模型。通过设定任务阈值,引入改良圈策略和Metropolis准则改进遗传算法(Genetic algorithm, GA)以求解模型。[结果]仿真试验结果表明,IGA为每台割草机分配的任务量均衡,与GA相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少22.89%和19.36%;与分区作业相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少45.53%和10.68%。在梯形果园中,IGA不受果树分布影响,与GA和分区作业相比,平均总转弯时间分别减少14.38%和34.08%,平均作业时长分别减少23.71%和10.07%。[结论]所提出的IGA性能更好,能有效优化机群的作业路径,缩短作业时长,提高作业能力。

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。

小型往复式果园割草机设计

简述了小型往复果园割草机的市场前景;根据市场需求选择了与其相配套的主机,确定了基本结构和结构参数;在小型果园割草机上,最先采用了单点联接往复式切割器机构,从而简化了结构;同时,分析了切割器割刀运动及功率消耗。试验表明,该机设计合理、可靠,具有操作方便且仿形好的特点,符合农村经济水平和使用习惯。

果园行间碎草机的研制与试验

为解决我国果园田间管理劳动强度大、劳动力成本高等问题,应用机械设计理论与方法研制一种与拖拉机配套的、适于果园碎草作业的果园行间碎草机。该机由四轮拖拉机提供动力,动力由拖拉机的后动力输出轴经万向传动轴依次传递给变速箱、皮带轮,进而驱动碎草机粉碎部件高速旋转,完成碎草作业。田间试验测试了碎草机的碎草效果、作业效率等指标。试验结果表明该机碎草效果良好,长度≤100mm的草段占总草段的90%以上,每公顷作业效率是人工效率的40倍。该机有效降低了田间管理劳动强度和劳动力成本,提高了果农的收入。

F.US-UFO型果园避障割草机试验研究

果树行间距一般比株间距大,可以利用割草机械直接进行除草作业,但是果树株间的杂草就不能很好的用割草机进行机械化作业清除。文章在江苏泰兴烨佳梨园、沛县聚英阁苹果园和睢宁官山楸树园对F.US-UFO型果园避障割草机开展田间试验,通过对收草质量、割幅、割茬高度、漏割率、避障损伤率、避障割草高度与行间高度最大差、最短避障距离的测定,测试机具作业性能;通过对使用可靠性系数、平均故障间隔时间、班次小时生产率、劳动生产率和单位面积耗油量的测定,测试其田间生产性能。试验结果表明:F.US-UFO型果园避障割草机既能完成行间割草作业也能完成株间割草作业。果园行间坡度越小,园间路面越平坦,果树株行距越大,割草机作业质量越高。割草机工作效率为0.49 hm2/h,单位面积耗油量为11.41 kg/hm2。

3GC-600果园割草机性能及作业质量分析

3GC-600果园割草机是生草制矮砧密植苹果园实现割草留茬农事管理作业的一种农林机械。通过在矮砧密植苹果试验园对果园割草机的割幅利用系数、割茬高度、生产率等方面进行性能试验和作业质量分析,结果表明:割幅利用系数为87%,刀片安装平均高度为76mm时,割茬高度标准差为5.1mm,割茬高度变异系数为4.77%,割茬高度稳定性系数为95.23%,割草纯作业生产率为1.99(666.7 m2/h),割草燃油消耗率为633 mL/666.7 m2。

9G-1.4型往复式果园割草机的设计

为了促进果园生草技术在我国的推广和发展,研究设计了一款适合在作业空间狭小的果园、园林中工作的9G-1.4型往复式园林割草机。先介绍了割草机的主要性能参数及整机设计思路,随后针对割草机中的主要设计部件进行了设计计算,并列出了各部件的主要设计参数。

基于虚拟样机技术圆盘式果园生草刈割机工作过程仿真与验证

通过Solid Works设计了圆盘式生草刈割机的虚拟样机,然后利用机械系统动力学自动分析(Automatic dynamic analysis of mechanical systems,ADAMS)虚拟样机分析软件对其工作过程进行仿真,得到刀片旋转一周时的运动轨迹,对模型进行三因素三水平多指标的正交试验,并对试验数据采取综合平衡法,确定切割器运动参数的最佳取值,结果表明,前进速度为2.74km·h^(-1),刀盘速度为2 000r·min-1,刀片数为3片时,重割区与漏割区面积有效减少。利用实体样机在田间试验,测试了切割器的运动参数与性能指标,结果显示,仿真数据真实可靠,对于圆盘式果园生草刈割机运动参数选择具有指导意义。

随行自走式果园割草机的设计与试验研究

针对北方山地中小型矮砧密植苹果园生草制管理中所面临的果园地形复杂及割草作业量大等问题,设计开发了随行自走式果园割草机。该机采用双离合结构,能够实现机具行走与割草作业分别控制。手动控制行走离合可以实现操作人员随行,降低了劳动强度。该机设计割幅为60cm,割茬高度可在5~10cm范围内调节,正常工作速度为3~5km/h。田间试验结果表明:该型割草机工作性能良好,单位区域内杂草撕裂率0.47%,漏割率1.50%,杂草碎段区域平均长度79.39mm,碎草性能较好,工作效率可达0.5hm2/h。该机结构设计合理,割草作业质量能够满足农艺要求,为我国中小型果园生草制管理作业提供了技术支持。

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。

果园割草机悬挂装置的有限元分析——基于ANSYS Workbench

利用CAD/CAM软件Inventor的建模和分析功能,得到了3GC-160型悬挂式果园割草机的质心位置,通过等效质心法对割草机的三维模型进行简化,将其通过接口导入ANSYS Workbench有限元分析软件中,对模型进行静力学分析和模态分析,得到悬挂装置的变形、应力、应变分布云图及模态频率和振型云图。分析结果表明:悬挂装置设计合理,可为动力学分析和后续优化设计奠定基础并提供参考依据。

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。

山地果园仿形割草机设计与试验研究

根据山地果园割草需求研制了仿形割草机。针对果园行间距较窄的特点,选择割草机理论割幅610mm,根据切削要求及割刀运动状态分析计算,确定采用两个305mm标准一字割刀并列布置,选取额定转速6000r/min、功率250W的无刷电机作为驱动电机。针对果园地形起伏较大的特点,设计仿形机构,结合实地测量和农艺要求,设计连杆长度为35cm,摆角范围为±8°的被动仿形机构。针对一般割草机切削能耗较大的问题,设计切削角度调节机构以节约切削能耗,通过力学分析与几何参数计算,设计调节范围0°~50°的切削角度调节机构。整机割草试验结果表明:样机平均有效割幅利用率为96.59%,在地面不平度2.39~6.72、最大地面高度差为19.6cm的地形条件下,割草机清茬率达98.1%以上,整机参数符合农艺标准,稳定可靠,达到预想效果。

基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决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,通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型,并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验,利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积,对模型进行四因素三水平虚拟正交试验,利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明,最佳取值为前进速度A=2 m·s-1,刀盘转速B=2500 rad·min-1,刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时,重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求,研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。